Mik azok a kereszthézagvasak a betonburkolati hézagokban?

Definíció

A kereszthézagvas egy sima acélrúd, amely átível a betonburkolat hézagán, és a terhelést az egyik födémről a következőre adja át. Az FAA a panel kifejezést használja a födémre. Az AC 150/5320-6G szerint a kereszthézagvasak terhelésátadást biztosítanak a hézagon át, és megakadályozzák a szomszédos födémvégek egymáshoz képesti függőleges elmozdulását (3.16.10.2).

A kereszthézagvas sima, nem bordázott. A sima rúd megcsúszhat a betonban, ezért a hézag nyílhat és záródhat. A P-501 előírja, hogy a sima acélrúd feleljen meg az ASTM A615 szabványnak, és ne legyenek rajta olyan érdes peremek, amelyek gátolják a csúszást. Minden rúdon epoxi bevonat van, amely az ASTM A1078 1-es típusának felel meg, és 10 mil-nél vastagabb. A gyártó tapadásgátlót is biztosít. Kereszthézagvas-hüvelyek és -betétek nem megengedettek (501-2.7). A mérnök kérhet krómötvözetű acélrudat (ASTM A1035) vagy rozsdamentes acélrudat (ASTM A955), az FAA-val történt egyeztetés után.

Hogyan működik a kereszthézagvas

Amikor egy kerék az egyik födémet terheli, a kereszthézagvas a terhelés egy részét átadja a következő födémnek. Az FHWA szerint a kereszthézagvasak pozitív terhelésátadást biztosítanak a hézagon át. Ez jelentősen csökkenti a hézagnál fellépő lehajlást és feszültséget, így a pumpálás, a lépcsős elmozdulás (faulting) és a födémrepedés kockázatát is (FHWA-HIF-07-021, 1. o.).

A kutatások szerint a kereszthézagvas fő terhelésátadó mechanizmusa a nyírás. A rúd hajlítása keveset számít, különösen ott, ahol a hézag 1/4 hüvelyknél kevesebbet nyílik (Snyder, 2. o.). Snyder szerint az autópálya-hézagban a kritikus kereszthézagvas általában 3 000 font alatti terhelést visel. Ezért a nyírás és a hajlítás nem szabályozza az acélrúd átmérőjét. Az átmérő más okból fontos. A merevebb kereszthézagvas csökkenti a rúd és a beton közötti felfekvési feszültséget, és ez lassítja a lépcsős elmozdulás növekedését (Snyder, 2. és 3. o.).

A rúdnak a hézag mozgását is lehetővé kell tennie. A hőmérséklet és a száradási zsugorodás nyitja és zárja a hézagokat. A 15 láb (4,6 m) hosszú födémeknél az FHWA tipikus hézagmozgásként 2 és 3 mm (0,08 és 0,12 hüvelyk) értéket ad meg. Ez hidegebb térségekben is igaz (FHWA-HIF-07-021, 3. o.). A rúdon lévő tapadásgátló lehetővé teszi, hogy a rúd e mozgás közben megcsússzon a betonban. Snyder legalább a rúdhossz felén alkalmazott tapadásgátlót javasol. A félszilárd bevonatnak vékonynak kell lennie, mert a vastag réteg a terhelésátadás elvesztésének látszhat (Snyder, 11. o.).

Az acél kereszthézagvasak régi technológiák. Az első jelentett egyesült államokbeli beépítés 1917 és 1918 telén történt, és 1930-ra közel az államok fele előírta őket (Snyder, 1. o.).

Kereszthézagvas és hosszhézagvas

A hosszhézagvas más elem. Ez egy bordázott rúd, amely a hosszirányú hézagot zárva tartja. Az AC 150/5320-6G szerint a hosszhézagvasak nem működnek terhelésátadó elemként. A födémlapokat szoros érintkezésben tartják, így az adalékanyag-zárás átadhatja a terhelést (3.16.10.1). A két elem az alábbiakban tér el egymástól:

• A kereszthézagvas sima acél, epoxi bevonattal és tapadásgátlóval. A hosszhézagvas bordázott acél, ASTM A615 szerint (501-2.7).
• A kereszthézagvas a felületre párhuzamosan fekszik, és megcsúszik a betonban (FHWA-HIF-07-021, 2. o.). A hosszhézagvast nem festik, nem kenik és nem helyezik hüvelybe, és a födém vastagságának közepén tartják (501-4.10).
• A kereszthézagvas zsugorodási vagy építési hézagon át ad át terhelést. A hosszhézagvas a hosszirányú hézagot zárva tartja. Az AC 150/5320-6G a szabad széltől 20 láb (6 m) távolságon belüli hosszirányú zsugorodási hézagokat hosszhézagvassal látja el, ha a födém 9 hüvelyk (225 mm) vagy vékonyabb. A legfeljebb 6 hüvelyk (150 mm) vastag födém 4-es számú, 20 hüvelyk (510 mm) hosszú rudakat kap, 36 hüvelyk (900 mm) tengelytávolsággal. Vastagabb födém 5-ös számú, 30 hüvelyk (762 mm) hosszú rudakat kap, 30 hüvelyk tengelytávolsággal (3.16.10.1).

Hol alkalmaznak kereszthézagvasakat a repülőterek

• A szabad éltől számított utolsó három keresztirányú zsugorodási hézag (3.16.10.2.1). Az AC szerint a stabilizált alap biztosítja a födém alátámasztását, ezért több kereszthézagvas kevés előnnyel jár.
• Minden építési hézag, hosszirányú vagy keresztirányú. Vastagított vagy megerősített él helyettesítheti a kereszthézagvasakat (3.16.10.2.2). A 30 000 font (13 610 kg) vagy nagyobb légijárművekhez az AC kereszthézagvasos E típusú hézagot használ. Az F típusú tompa hézag (butt joint) nem tartalmaz kereszthézagvast. Olyan burkolaton megengedett, amely 30 000 font (13 610 kg) alatti légijárművekhez való, és stabilizált alapon fekszik, vagy hajlékony burkolat fölé épített betonburkolat (3.16.9.5).
• Hosszirányú zsugorodási hézagok, amelyek legfeljebb 20 láb (6 m) távolságra vannak a szabad éltől, 9 hüvelyknél vastagabb födémekben (3-5. táblázat, C típusú hézag).

Ahol hosszirányú és keresztirányú hézag találkozik, az AC szükség esetén kihagyja a hosszirányú hézagból a kereszthézagvast vagy a hosszhézagvast. A megmaradó rúd 12 hüvelyk (300 mm) távolságot tart a keresztirányú kereszthézagvasak végétől (3-5. ábra, 1. megjegyzés).

Kereszthézagvasak elválasztó és tágulási hézagokban

Az elválasztó hézagok nem kapnak kereszthézagvasat. A P-501 szerint az elválasztó hézagot főként olyan szerkezetek elválasztására használják, amelyek eltérő alapozásúak, illetve olyan burkolatok elválasztására, amelyek eltérő hézagkiosztásúak. Nem az anyag összenyomódásával biztosít tágulást. Hagyja, hogy a hézag elcsússzon, ezért ritkán van ok arra, hogy kereszthézagvast tegyenek bele. Ott a vastagított él az előnyben részesített terhelésátadási módszer (501-4.10).

Az utakon más a gyakorlat. Egy Iowa State-útmutató szerint új építésnél tágulási sapkát csak a tágulási hézagoknál kell alkalmazni a kereszthézagvasak végén. A sapkát a kosárban lévő kereszthézagvasak nem hegesztett végére helyezik. Az útmutató szerint a zsugorodási és építési hézagoknál nincs szükség sapkára (Snyder, 11. o.). Az FHWA utólagos beépítési ellenőrző listája is műanyag véglezárót kér az utólagos kereszthézagvas mindkét végére, a burkolat tágulásának figyelembevételére.

Méret és távolság

Az AC 150/5320-6G 3-6. táblázata adja meg az acél kereszthézagvasak méretét, hosszát és távolságát a födémvastagság szerint.

Az AC szerint a kereszthézagvasakat a terhelésből származó nyíró- és hajlítófeszültségre kell méretezni. Azt is előírja, hogy olyan hosszt és távolságot kell használni, amely megakadályozza a beton felfekvési feszültség miatti tönkremenetelét (3.16.10.2.3). A P-501 egyik szerkesztési megjegyzése a hézagvonal közelében határt ad meg. Kereszthézagvast vagy hosszhézagvast nem szabad a tervezett hézagvonalhoz a saját hosszának 0,6-szorosánál közelebb helyezni. Ha az utolsó szabályos rúd ennél közelebb esne, az a távolságot tartva odébb kerül, de szomszédjától legalább 6 hüvelyk (150 mm) távolságra marad (501-4.10).

Az utakon a gyakorlat hasonló, de nem azonos. Az 1960-as évektől érvényes gyakorlati szabály szerint a kereszthézagvas átmérője nyolcad hüvelykben megegyezik a födém vastagságával hüvelykben. A rudak 18 hüvelyk hosszúak, 12 hüvelyk tengelytávolsággal. Az ACI 325 bizottság 1956-ban javasolta a 18 hüvelykes hosszt és a 12 hüvelykes távolságot. Az államok ma eltérően járnak el. Snyder 2009-es felmérésében a 10 hüvelykes födémhez használt átmérők 1 1/4 és 1 1/2 hüvelyk között vannak (Snyder, 1. és 3. o.).

Elhelyezés

A beállítás és a magasság határozza meg, hogyan működik a kereszthézagvassal ellátott hézag (3.16.10.2.4). Az AC drótkosárban vagy kosárban tartja a kereszthézagvasakat, amelyet szilárdan rögzítenek az alaphoz. Az AC automatikus kereszthézagvas-betétező berendezéssel ellátott burkológép használatát is megengedi.

A P-501 ezeket a határértékeket írja elő (501-4.10):

• Vízszintes távolság 3/4 hüvelyken (19 mm) belül.
• Függőleges helyzet 1/2 hüvelyken (12 mm) belül.
• Vízszintes és függőleges igazítás legfeljebb 1/4 hüvelyk lábanként (6 mm 0,3 m-enként).

A kereszthézagvas mozgó részére vékony kenőolaj- vagy könnyű zsírréteg kerül, mielőtt a burkológép elhelyezi a betont. A kivitelező a kereszthézagvasakat képlékeny betonba is beszúrhatja. Ezt a módszert az RPR (a projekt helyszíni képviselője) egy próbaszakaszról hagyja jóvá, ahol fúrt magok vagy roncsolásmentes betonvas-keresők igazolják, hogy a kereszthézagvasak tűrésen belül vannak. A P-501 példaként az MIT szkennert, a pachométert és az R-metert említi. Megkeményedett betonban a kereszthézagvasakat fúrt lyukba helyezik, és epoxigyanta rögzíti őket. A lyukak 1/8 hüvelykkel (3 mm) nagyobbak a kereszthézagvasnál. A fúrás csak akkor kezdődhet, ha a beton 7 napos, vagy eléri az előírásban szereplő szilárdságot.

Igazítási hibák

Az FHWA négy igazítási hibatípust különböztet meg (FHWA-HIF-07-021, 2. o.):

• Vízszintes ferdeség: a rúd a vízszintes síkban elfordul, ezért nem párhuzamos a hosszirányú hézaggal.
• Függőleges dőlés: a rúd a függőleges síkban megdől, ezért nem párhuzamos a burkolat felületével.
• Hosszirányú eltolódás: a rúd nincs középen, ezért az egyik oldalon kevesebb a beágyazódás.
• Függőleges eltolódás: a rúd a középmélység fölött vagy alatt van, ezért az egyik felületen kevesebb a fedés.

Általában a ferdeség és a dőlés a hézag szabad mozgását befolyásolja. Az eltolódás azt befolyásolja, hogy mennyire jól adja át minden rúd a terhelést. A ferdeség vagy dőlés kritikus szintje az a szint, amelynél a hézag beragadhat, vagy a rúd körüli beton kitöredezhet. Az Egyesült Államokban a szokásos határ a ferdeségre vagy dőlésre 6 és 10 mm (0,25 és 0,375 hüvelyk) 18 hüvelykes rúdon. Az eltolódásra a szokásos határ 25 mm (1 hüvelyk), mert az eltolódás tűrése sokkal nagyobb (FHWA-HIF-07-021, 2. o.). A P-501 1/4 hüvelyk lábanként igazítási határt ír elő. Ez 18 hüvelykes rúdon 3/8 hüvelyk, így a tartomány belsejébe esik.

Az igazítási hiba hatása valós, de kisebb, mint sok előírás sugallja. Az FHWA szerint sok üzemelő burkolaton van néhány erősen elcsúszott rúd, látható károsodás nélkül. A laboratóriumban a kitöredezés és a repedés csak olyan elmozdulásoknál jelent meg, amelyek többszörösen nagyobbak voltak a mezőn tapasztalt hézagmozgásnál. Egy beragadt hézag nem árt a burkolatnak, de több egymást követő beragadt hézag nem kívánatos, mert a visszatartási feszültség felhalmozódik (FHWA-HIF-07-021, 3. o.). A súlyos igazítási hiba feszültséget koncentrálhat, ami a rúd körüli tölcsérképződéshez (socketing, funneling) és a terhelésátadás elvesztéséhez vezet.

Egy 2020-as FHWA-vizsgálat MIT-szkenneléssel mérte a hosszú távú burkolat-teljesítmény (LTPP) mintaszakaszait. Azt találta, hogy a kereszthézagvasak többsége jól igazított volt. Az igazítási hibának a legnagyobb hatása a terhelésátadásra volt a keresztirányú hézagoknál, a lépcsős elmozdulásra gyakorolt hatás pedig más tényezőktől függ. Az igazítási hiba és a repedés vagy kitöredezés között nem találtak egyértelmű összefüggést, kivéve három államban tapasztalt némi hatást. Az FHWA szerint ez nem jelenti azt, hogy a súlyosan elcsúszott kereszthézagvasaknak nincs hatásuk, különösen a helyi károsodásokra (FHWA-HRT-20-070). Ezek autópálya-megállapítások. Az FAA-dokumentumok a repülőterekre saját tűréseket határoznak meg.

Korrózió és lazulás

A szénacél kereszthézagvasak könnyen korrodálnak, különösen ahol a jégmentesítő vegyszerek eljutnak a hézagig. Snyder két kárt ír le. Ha a korrózió a hézagnál indul, és átterjed a födémekbe, a kereszthézagvas és a beton közötti rés nő. Nő a lehajlás és a feszültség, csökken a terhelésátadás, és ezt követi a pumpálás és a lépcsős elmozdulás. A korróziótermékek a rúd körül is tágulnak, ami súlyos hézagkitöredezést vagy a födém közepén keletkező repedést okozhat (Snyder, 6. o.).

Az epoxi bevonat a legszélesebb körben használt védelem. Záróréteg szerepét tölti be. Hosszú távú teljesítménye változó volt. Jégmentesítő sók használata mellett a gyártás, szállítás vagy kezelés során keletkező apró hiba is elindíthatja a korróziót (Snyder, 6. és 7. o.). A rozsdamentes acél kereszthézagvas is alternatíva. A P-501 szerint a mérnök az FAA-val történt egyeztetés után krómötvözetű vagy rozsdamentes rudat kérhet (501-2.7).

Terhelésátadási hatékonyság (LTE) és mérése

A terhelésátadási hatékonyság (LTE) azt mutatja, hogy a hézag mekkora terhelést ad át a következő födémnek. Az AC a lehajlás alapú LTE-t a terheletlen födém lehajlásának és a terhelt födém lehajlásának hányadosaként határozza meg, szorozva 100 százalékkal (C-3 egyenlet). Ezt a hézagoknál végzett FWD- és HWD-vizsgálatok mérik (C.8.3). A terhelésátadás mértéke függ a futóműelrendezéstől, a gumi érintkezési felületétől, a burkolat hőmérsékletétől, a kereszthézagvasaktól és a stabilizált alaptól (C.15.3).

Az FAA méretezés azt feltételezi, hogy a terhelésátadás 25 százalékkal csökkenti a födém szabad élének feszültségét. A lehajlás alapú LTE és a feszültség alapú LTE közötti összefüggés nem lineáris, ezért az AC további elemzést kér (C.15.5). Az AC azt is kimondja, hogy a hézag romlása és a csökkenő LTE növeli a burkolatsarkok lehajlását, ami alátámasztás nélküli üregeket hozhat létre a födém alatt (C.5.3).

A közutas szervezetek gyakran alkalmaznak határértéket. Snyder 50 és 70 százalék közötti LTE-t említ tipikus beavatkozási küszöbként a terhelésátadás helyreállításához, aláöntéshez vagy hézagcseréhez. Figyelmeztet is, hogy az LTE önmagában nem mond el mindent. Egy jól alátámasztott burkolat 40 százalékos LTE-t mutathat nagyon kicsi lehajlással, egy gyenge pedig 70 százalékot nagy lehajlással és a hézag két oldala közötti nagy különbséggel. Az LTE-t akkor mérjék, ha a födém hőmérséklete 70 °F (21 °C) vagy hidegebb. A melegebb födém összezárja a hézagot, és magas LTE-értékeket ad (Snyder, 20. o.).

Kereszthézagvasak a vizsgálat során

A kereszthézagvasak a födém belsejében vannak, ezért a vizsgáló a tüneteket látja. Az AC 150/5380-6C ezeket sorolja fel (3.2.2):

• Hézagkitöredezés, amely akkor is bekövetkezik, ha a kereszthézagvasak elcsúszták.
• Sarokrepedések, ahol a megtámasztás elvesztése a pumpálásból vagy a hézagnál elveszett terhelésátadásból származhat.
• Süllyedés vagy lépcsős elmozdulás (faulting), vagyis szintkülönbség egy hézagnál vagy repedésnél.
• Pumpálás, vagyis víz és az alatta lévő anyag kilökődése a hézagokon vagy repedéseken át. A hézagok közelében fellépő pumpálás gyenge hézagi terhelésátadásra, rossz hézagtömítésre vagy talajvízre utal.

A PAVER-kézikönyv a lépcsős elmozdulást (faulting) a hézagon átívelő szintkülönbség alapján minősíti. Futópályákon és gurulóutakon a 6 mm (1/4 hüvelyk) alatti különbség alacsony súlyosságú. A 6 és 13 mm (1/4 és 1/2 hüvelyk) közötti különbség közepes, a 13 mm (1/2 hüvelyk) feletti pedig súlyos. Előtereken az alacsony súlyosság 3 és 13 mm (1/8 és 1/2 hüvelyk) között, a közepes 13 és 25 mm (1/2 és 1 hüvelyk) között van. A 25 mm (1 hüvelyk) feletti különbség súlyos. Egyenesvonalzó vagy szintezőműszer méri a különbséget.

A kereszthézagvasakat magukat egy, a födém belsejébe látó eszközzel lehet megvizsgálni:

• Fúrt magok megmutatják a rudat, annak bevonatát és a körülötte lévő rést, de károsítják a födémet.
• Roncsolásmentes betonvas-keresők, például az MIT-szkenner, a pachométer és az R-mérő. A P-501 ezekkel ellenőrzi a beépítést (501-4.10). Az FHWA szerint az MIT-szkennelés roncsolás nélkül méri a kereszthézagvas igazítását. 2007-ben arról számolt be, hogy két fős csapat egy 8 órás munkanapon 400 vagy több hézagot tud vizsgálni az MIT Scan-2 készülékkel (FHWA-HIF-07-021, 1. o.).
• Georadar (GPR) képes betonvasat kimutatni a betonban, és a magas frekvenciák adják a legjobb felbontást kis mélységben (AC 150/5320-6G, E.1).

Kereszthézagvas utólagos beépítése

Az AC 150/5320-6G szerint ha nagy területek pumpálnak vagy billegnek, kereszthézagvas utólagos beépítésére vagy újjáépítésére lehet szükség (4.10.2). Utólagos beépítésnél a munkacsapat párhuzamos hornyokat vág át a hézagon, és bevont kereszthézagvasakat helyez a hornyokba. Ezután a hornyokat javítóanyaggal tölti ki, és újraformázza a hézagot. Az FHWA ellenőrző listája ezeket a szempontokat adja:

• A hornyok egymással és a középvonallal párhuzamosak, jellemzően 12 hüvelyk rúdhosszonként 1/4 hüvelyk tűréssel.
• Jellemzően három vagy négy horony van keréknyomonként.
• Műanyag véglezárók kerülnek a kereszthézagvas mindkét végére, a tapadásoldó vegyület pedig megakadályozza, hogy a javítóanyag a rúdhoz tapadjon.
• Támasztékok tartják a kereszthézagvast a horonyban, jellemzően 1/2 hüvelyk szabad térrel alatta, hogy a javítóanyag körülvegye a rudat.

A sarokrepedés teljes mélységű javítása más munka. Az AC 150/5380-6C két lehetőséget ad (A. függelék). A munkacsapat megtarthatja a kitett kereszthézagvasakat, ha a végeiken túl fűrészeli a burkolatot. Vághatja a hézagot is, és fúrt, epoxival rögzített lyukakba azonos típusú és méretű új kereszthézagvasakat építhet be.