Mi a zsugorodási repedés a betonburkolatban?

A zsugorodási repedés egy hajszálvékony repedés, amely a betonlemezben alakul ki, miközben a beton köt és érlelődik.

A zsugorodás a beton térfogatának csökkenése. Ha a lemez nem tud szabadon mozogni, a zsugorodás feszültséget halmoz fel. Repedés keletkezik, ha ez a feszültség meghaladja a beton húzószilárdságát. Az FHWA a betonburkolat zsugorodásának három fajtáját írja le: a plasztikus, a száradási és az autogén zsugorodást.

Hogyan néz ki a zsugorodási repedés

A PAVER hibakézikönyv és az FAA AC 150/5380-6C ugyanazt írja le. A zsugorodási repedés hajszálvékony repedés, amely általában csak néhány láb hosszú. Nem húzódik át a teljes lemezen, és általában nem éri el a lemez teljes vastagságát. Jellemzően legfeljebb 1/4 hüvelyk (6 mm) mélyre hatol a felszíntől, és előfordulhat, hogy csak a kész felület cementpépjében van.

Miért zsugorodik a beton, és miért repedezik

A zsugorodás főként a cementpépben megy végbe, az adalékanyag pedig fékezőként hat. A lemez egy alapon fekszik, amely szintén gátolja a mozgását. Az FHWA szerint a lemez és az alap érintkezésénél fellépő fékezés feszültséget halmoz fel. A beton húzásra gyenge, ezért repedés keletkezik, amely elvezeti a feszültséget, amikor az meghaladja a húzószilárdságot.

A hézagolt betonburkolat ezt szándékosan használja. Az FHWA szerint a hézagok szabályozzák, hol keletkezik a repedés. A repedezés nagy része a korai időszakban zajlik, amíg a lemez ellenáll a térfogatváltozásnak. Az FAA AC 150/5320-6G szerint a kontrakciós hézagok szabályozott repedést adnak, amikor a burkolat összehúzódik, mert a nedvességtartalma vagy a hőmérséklete csökken.

Plasztikus, száradási és autogén zsugorodás

Plasztikus zsugorodás

Az FHWA a plasztikus zsugorodási repedéseket rövid, szabálytalan repedéseknek írja le a beton friss felületén. Hosszuk néhány centimétertől közel 1 m-ig terjed, egymástól való távolságuk néhány centiméter és 0,6 m között van. A repedések akkor keletkeznek, ha a párolgási sebesség nagyobb, mint a vízkiválás sebessége. A friss beton nem elég erős ahhoz, hogy ellenálljon a pépben ébredő kapilláris feszültségnek.

Az időjárás határozza meg a párolgási sebességet. Az FHWA a magas betonhőmérsékletet, az alacsony relatív páratartalmat és az erős szelet sorolja fel olyan körülményként, amely kedvez a plasztikus zsugorodási repedéseknek. A száraz alap is kihúzhat vizet a lemezből. Az a keverék, amely kevés vizet enged ki, akkor is kiszáradhat, ha a párolgási sebesség normális. Példa erre az alacsony víztartalmú, alacsony roskadású burkolóbeton, amelyben van némi cementhelyettesítő anyag. Az a keverék, amely lassan köt, tovább marad képlékeny, így több ideje van a kiszáradásra. Az FHWA (2004) szerint nincs mód arra, hogy biztosan megjósoljuk, mikor keletkeznek a plasztikus zsugorodási repedések.

Az FHWA szerint a plasztikus repedezés nem feltétlenül rontja a beton belső minőségét. Ha a kivitelezők utána jól érlelik a betont, a hiba inkább esztétikai jellegű.

Száradási zsugorodás

A száradási zsugorodás a beton megkötése után kezdődik. A beton levegőnek adott vizének egy része visszafordíthatatlan, és maradandó zsugorodást hagy maga után. Az FHWA felsorolja azokat a tényezőket, amelyek a méretét meghatározzák: a víz-cement tényezőt, a cement típusát és mennyiségét, az adalékszereket, az adalékanyag típusát és mennyiségét, valamint az éghajlatot. Az AC 150/5320-6G figyelmeztet, hogy a magas cementtartalom növelheti a száradási zsugorodás okozta repedezés kockázatát.

A tervezők a száradási zsugorodással számolnak, és a hézagvágással készülnek rá. Ha a beton az első napokban erősen kiszárad, a repedések a kontrakciós hézagoknál sűrűbb távolságban is megjelenhetnek (FHWA).

Autogén zsugorodás

Az autogén zsugorodás a cementpép térfogatcsökkenése az önkiszáradás miatt. Az önkiszáradás során a hidratáció alatti fizikai és kémiai változások kiszárítják a kapilláris pórusokat. Az FHWA szerint nagyobb a nagy szilárdságú, alacsony víz-cement tényezőjű betonnál, és kisebb magas tényezőnél. Nem függ a nedvesség-szállítástól, a hőmérséklet-változástól vagy a külső fékezéstől.

Kétféle intézkedés csökkenti. Az egyik, hogy a hidratáció alatt is legyen víz, vízes érleléssel vagy belső érleléssel. A belső érlelésnél az előnedvesített könnyűadalékanyag vizet enged ki a betonon belül. A másik a zsugorodáscsökkentő adalékszer.

Hogyan lehet megkülönböztetni a plasztikus és a száradási zsugorodást

A mérnökök ezt a döntést laboratóriumi magmintákon hozzák meg. Az FHWA a plasztikus zsugorodási repedés jelei közül az alábbiakat sorolja fel:

• A repedés a szabadon álló felületnél kezdődik, és ott a legszélesebb. Mélyebben elkeskenyedik, gyakran szinte eltűnik.
• A feszültség torzítja a repedés oldalait. A pépből készült kis hidak áthidalhatják a repedést, és a két oldal nem illeszkedik vissza egymáshoz.
• A simítás során a repedés tetejébe préselődött habarcs azt mutatja, hogy a repedés korán keletkezett.
• A repedés belső falán apró cementpépcseppek vannak. A friss törésen ugyanennek a betonnak apró, szögletes síkjai vannak.

Az, hogy a repedés az adalékszemcsék körül fut, nem elég bizonyíték a plasztikus repedezésre. A vízkiválási csatornák is hasonlíthatnak a plasztikus zsugorodási repedésekre. A vízkiválási csatorna a vízvezetés jeleit mutatja.

Hogyan lehet megkülönböztetni a zsugorodási repedést a terhelési repedéstől

A zsugorodási repedés nem szerkezeti hiba. A lemezt két vagy három darabra osztó repedés másik hibatípus. Az AC 150/5380-6C szerint ezt általában az ismétlődő terhelés és a zsugorodási feszültségek együtt okozzák. A PAVER kézikönyv a rövid, hajszálvékony repedéseket zsugorodási repedésnek sorolja. Vasbeton esetén egy szabályt is ad: a 1/8 hüvelyknél (3 mm) keskenyebb, lepattogzás vagy süllyedés nélküli repedés zsugorodási repedésnek számít.

Az a lemez, amelyet az egymást metsző repedések négy vagy több darabra törnek, szétesett lemez. A PAVER kézikönyv azt írja elő, hogy ezek megszámlálásakor a zsugorodási repedéseket figyelmen kívül kell hagyni. A lemez felső részén lévő finom repedések hálózata a térképrepedezés (map cracking). A hézagokkal párhuzamos repedésmintázat a D-repedés.

A PAVER időbeli támpontot is ad. A plasztikus zsugorodási repedés a kivitelezés napján is előfordulhat, és az első éven belül válik láthatóvá. Az alkáli-szilika reakcióból (ASR) eredő repedezés általában nem jelenik meg az első néhány évben.

Zsugorodási repedések aszfaltban

Ez az oldal a betonburkolatot tárgyalja. Az AC 150/5380-6C ezt a kifejezést aszfaltra is használja. Szerinte a rugalmas burkolat hosszanti és keresztirányú repedései a forró keverékű aszfaltfelület zsugorodásából vagy kontrakciójából származhatnak. Az aszfalt oxidációja és öregedése okozza a zsugorodást, a hőmérséklet-ingadozás pedig a kontrakciót. Ez a repedéstípus nem terhelés okozta.

Burkolatállapot-felmérésben

A PAVER kézikönyv, amely a repülőtéri burkolatállapot-index (Pavement Condition Index, PCI) módszert valósítja meg, a zsugorodási repedéseket 73. hibatípusként sorolja fel. Súlyossági szinteket nem határoz meg. A vizsgáló csak azt rögzíti, hogy van-e zsugorodási repedés. Az egy vagy több zsugorodási repedést tartalmazó lemez egy lemeznek számít zsugorodási repedésekkel.

Egy FAA-tanulmány hat repülőtéren tesztelte a kisméretű drón adatait. A repülőtéri hibák felismeréséhez és minősítéséhez 1,5 mm/pixel színes ortofotót és 6,0 mm/pixel magassági modellt javasol. A zsugorodási repedéseknél a minimális ortofotó-felbontásnak 2,5 mm/pixelt ad meg, és azt írja, hogy a felismerés nem mindig lehetséges. A repedések gyakran a milliméter töredékének megfelelő méretűek lehetnek.

Ellenőrzés a kivitelezés során

Három intézkedés szabályozza a zsugorodási repedezést egy új lemezben: a jó keverék, a friss felület védelme és a hézagok időben történő vágása.

A friss felület védelme

Az FHWA szerint az érlelés akkor kezdődik, amikor a felület elkezd száradni. Ekkor a párolgás nagyobb a vízkiválásnál, és a felület elveszíti nedves fényét. A kezdeti érlelés két gyakori módja a ködpermetezés és a párolgáscsökkentők. A ködpermetezés speciális ködfúvókkal növeli a páratartalmat a lemez fölött. Ez a leghatékonyabb módszer a párolgás csökkentésére. Az FHWA ezeket a lehetőségeket is felsorolja: azonnali nedves érlelés legalább 24 órán át, szélfogók és árnyékolók.

Az FHWA az ACI 308 párolgási sebesség-határait adja meg. Repedés keletkezhet 0,5 kg/m2/h sebességnél, és 1,0 kg/m2/h felett határozott intézkedésekre van szükség. Egy későbbi FHWA-összefoglaló szerint a mérnökök a Menzel-nomogrammal becsülik a sebességet. Ez a 0,20 lb/ft2/h (0,98 kg/m2/h) értéket adja közös kritikus értéknek, és megjegyzi, hogy vitatják, alkalmas-e a korszerű betonra. Az FHWA érlelési útmutatója szerint a burkolóbeton kevesebb vizet enged ki, mint amennyit ezek a határértékek feltételeznek, ezért a határértékek lehet, hogy nem elég óvatosak.

Az AC 150/5370-10H, P-501 tétele az új betonburkolatra az alábbi szabályokat írja elő:

• Simítás közben ne adjon vizet a lemez felületéhez. Az RPR jóváhagyhatja a ködpermetezést vagy más simítási segédanyagokat a plasztikus zsugorodási repedések ellen.
• Minden szabadon álló felületet érleljen 7 napos érlelési időszakon át, a simítás befejezésétől kezdve, amikor a felszíni kiváló víz már eltűnt.
• Vágja be a hézagokat, amint a beton elég szilárd ahhoz, hogy sérülés nélkül lehessen vágni, és még azelőtt, hogy ellenőrizetlen zsugorodási repedés keletkezne.

Időben vágja a hézagokat

Az FHWA szerint a késői hézagvágás ellenőrizetlen repedezést enged. Ez rossz terhelésátadáshoz és lepattogzáshoz vezethet. A betonnak előbb elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy elbírja a fűrészt és a kezelőjét, és ez korlátozza, mikor kezdhető a fűrészelés.

Az AC 150/5320-6G a lemezvastagságtól függően ajánlott legnagyobb hézagtávolságot ad. A lemezvastagság határozza meg a távolságot, nem fordítva. Stabilizált alap nélküli burkolatnál:

Az AC egy második táblázatot ad stabilizált alapra. Ott a távolság a 8–10 hüvelykes lemezeknél 12,5 láb, 16 hüvelyk felett 20 láb. A 20 láb feletti távolsághoz műszaki elemzés kell a mérnöki jelentésben. Az AC azt is írja, hogy a kisebb lemezek hosszú távon általában jobban teljesítenek.

Keverékterv

Az FHWA szerint a könnyűadalékanyaggal végzett belső érlelés csökkenti a korai zsugorodást és az ahhoz kapcsolódó plasztikus zsugorodási repedezést. Azt is írja, hogy a polipropilénszálak késleltethetik a plasztikus zsugorodási repedezést.

Mit jelent a zsugorodási repedés a repülőtéren

A zsugorodási repedés a PAVER-módszerben nem kap súlyossági minősítést. Az a veszély, hogy összetévesztik egy terhelési repedéssel, vagy fordítva. Néhány láb hosszú, hajszálvékony repedés általában esztétikai jellegű. A lemezen átmenő repedés nem zsugorodási repedés, ilyenkor szerkezeti vizsgálat kell. A PAVER kézikönyv szerint az alacsony súlyosságú hosszanti, keresztirányú vagy átlós repedés általában a görbülés vagy a súrlódás következménye. Szerinte a közepes vagy nagy súlyosságú repedés általában dolgozó repedés és jelentős szerkezeti hiba.

A repedés tömítése távol tartja a felületi nedvességet a burkolat szerkezetétől (AC 150/5380-6C). Az AC 150/5380-6C a hézag- és repedéstömítőkhöz az AC 150/5370-10, P-604 és P-605 tételeit ajánlja.

Javítás

Üzemelő burkolatnál az AC 150/5380-6C szerint a zsugorodási repedések esztétikai jellegűek, és általában nem igényelnek javítást. A tömítés távol tartja a felületi nedvességet a burkolat szerkezetétől.

Új lemeznél a P-501 a lemezvastagság egyharmadáig terjedő repedésekre vonatkozik. Tisztítsa meg a repedést, majd kend be nagy molekulatömegű metakriláttal, vagy injektáljon epoxigyantát. A mélyebb repedést teljes mélységű repedésként kell kezelni. A P-501 nem engedi ezt a javítást, ha a burkolat általános állapota valószínűtlenné teszi az elfogadható és tartós eredményt.