Czym jest delaminacja w betonie?

Delaminacja to pozioma szczelina w betonie, która leży na poziomie górnej warstwy stali zbrojeniowej lub powyżej niej. Beton nad szczeliną pozostaje na miejscu, dopóki spękana warstwa nie odpadnie.

Ta strona obejmuje nawierzchnie betonowe i asfaltowe. Wyjaśnia, jak powstaje delaminacja i czym różni się od odprysku. Omawia też narzędzia, które ją znajdują, oraz sposób, w jaki dokumenty lotniskowe używają tego słowa.

Delaminacja, odpryskiwanie i rozwarstwienie

Trzy słowa opisują różne etapy lub miejsca:

• Delaminacja. Pęknięcie leży wewnątrz betonu. Powierzchnia może wyglądać zdrowo.
• Odprysk. Spękany beton odpada. Odpryskiwanie to późniejszy etap.
• Rozwarstwienie (debonding). Dwie warstwy przestają się wiązać, na przykład nakładka i płyta pod nią. ASTM D4580 ostrzega, że na nakładce betonowej obszar, który brzmi jak zdelaminowany, może oznaczać brak przyczepności między nakładką a płytą.

Jak powstaje w żelbecie

FHWA opisuje cztery etapy degradacji wywołanej chlorkami:

1. Chlorki docierają do stali i zaczyna się korozja.
2. Naprężenia korozyjne przekraczają wytrzymałość betonu na rozciąganie i powstają pęknięcia.
3. Pęknięcia biegnące równolegle do powierzchni tworzą delaminację, często na poziomie prętów zbrojenia.
4. Ukośne pęknięcia docierają do powierzchni. Cykle zamrażania i rozmrażania oraz ruch pojazdów następnie odrywają spękane fragmenty. To jest odprysk.

Produkty korozji zajmują od trzech do sześciu razy większą objętość niż pierwotna stal. To naprężenie pęka beton. Pęknięcia pozwalają też wodzie i chlorkom szybciej dotrzeć do stali.

Jak inspektorzy ją znajdują

Delaminacja często nie jest widoczna z powierzchni, więc inspektorzy używają narzędzi, które wykrywają to, co leży pod nią. Każda metoda ma ograniczenia.

Przeciąganie łańcucha i opukiwanie młotkiem

Inspektor przeciąga łańcuch po powierzchni albo stuka w nią młotkiem lub stalowym prętem. Zdrowy beton daje czysty dźwięk. Zdelaminowany beton daje stłumiony, pusty dźwięk. Pusty dźwięk pochodzi z oscylacji zginających spękanej warstwy. FHWA mówi, że przeciąganie łańcucha szybko wskazuje przybliżone położenie. Młotek jest wolny, ale dokładny w wyznaczaniu granic. Obie metody zależą od osądu inspektora, a nakładka zmniejsza ich skuteczność.

ASTM D4580 obejmuje trzy procedury: urządzenie elektromechaniczne na wózku, przeciąganie łańcucha i perkusję obrotową. Praktyka nie jest przeznaczona dla pomostów z nakładkami asfaltowymi. Hałas drogowy, drgania i wilgoć wpływają na wynik, a praktyki zwykle nie należy stosować na zamarzniętym betonie.

Termografia w podczerwieni

Delaminacja działa jak izolator. W słońcu obszar nad nią nagrzewa się szybciej i bardziej niż zdrowy beton. Gdy powietrze ochładza się o zachodzie, obszar ten stygnie szybciej. FHWA opisuje ten sam wzór jako gorące plamy w dzień i zimne plamy w nocy. ASTM D4788 opisuje pojazdowy skaner podczerwieni dla pomostów odsłoniętych i z nakładkami o grubości do 4 in (100 mm).

Ograniczenia są wyraźne. Metoda wymaga różnicy temperatur około 0,5 stopnia C. Mokre obszary, cienie i odpady nie mogą być sprawdzone. Metoda podaje obszar w płaszczyźnie, ale nie głębokość, więc odwierty rdzeniowe potwierdzają głębokość. ASTM D4788 nie ma oświadczenia o precyzji i obciążeniu, więc nie jest podstawą do przyjęcia lub odrzucenia materiału.

Georadar

Radar wykrywa delaminację lub pustkę tylko wtedy, gdy zawierają znaczącą ilość powietrza lub wody. W badaniu Florida DOT podczerwień wykryła istniejące delaminacje. Radar wykrył mieszankę delaminacji i warunków, które je poprzedzają. Są to zanieczyszczenie chlorkami i aktywność korozji. Sole w betonie i siatka stalowa w nawierzchni mogą pogarszać sygnał.

Echo uderzeniowe

Echo uderzeniowe wykrywa delaminację i rozwarstwienie w płytach i nakładkach. Duża, płytka delaminacja obniża częstotliwość rezonansową. Głęboka ją podnosi. Metoda wymaga wykwalifikowanego personelu, a nasilenie jest wskazane tylko w przybliżeniu.

Która metoda jest najlepsza

Żadna pojedyncza metoda nie rozstrzyga każdego przypadku. ASTM D4580 i ASTM D4788 mówią, że ich wyniki można łączyć z innymi metodami. WisDOT potwierdza wyniki podczerwieni przez opukanie podejrzanych obszarów i pobranie odwiertów rdzeniowych. Indiana przetestowała kilka metod na pomostach (JTRP 2022/31). Zaleciła lotniczą podczerwień jako pierwszy etap przesiewowy. Podczerwień montowana na pojeździe skanuje następnie pomosty z istotną delaminacją, a echo uderzeniowe było na poziomie projektu wiarygodne i powtarzalne.

Drony a delaminacja

Opublikowane badanie przetestowało tanią dronową kamerę podczerwieni na dwóch pomostach i na płycie testowej. Kamera wskazała podejrzewane delaminacje na pomostach, porównywalnie do kamery klasy badawczej. Na płycie testowej z symulowaną delaminacją maksymalna wykrywalność wynosiła około 70 do 72 procent. Dron może skanować duży obszar bez zamknięć pasa, ale podczerwień nadal nie podaje głębokości. Ta strona nie znalazła takiego badania dla betonu lotniskowego. Co dron skanujący drogę startową rozpoznaje, opisuje artykuł o skanowaniu powierzchni drogi startowej dronem.

Delaminacja na nawierzchni lotniskowej

FAA AC 150/5320-6G stwierdza, że lotniska używają nawierzchni z żelbetu w ograniczonym stopniu. Proces korozji opisany wyżej dotyczy tylko zbrojonych płyt. Dokumenty lotniskowe używają tego słowa też dla innych wad:

• Łuszczenie płyty betonowej. Podręcznik FAA PAVER stwierdza, że łuszczenie zwykle objawia się delaminacją lub rozpadem powierzchni płyty. Wśród przyczyn wymienia nadmierne wygładzanie, dodanie wody, brak pielęgnacji i słabe napowietrzenie.
• Woda z wysięku pod powierzchnią nowego betonu. Krótka informacja FHWA o pielęgnacji mówi, że unosząca się woda z wysięku może zostać uwięziona pod zbyt wcześnie wykończoną warstwą powierzchniową. Woda z wysięku, która wypływa po nałożeniu środka do pielęgnacji, może naruszyć błonę i utworzyć soczewkę powodującą odpryskiwanie lub delaminację. Wysięk zwykle ustaje w okolicy początku wiązania. Przy układaniu metodą slipform wykańczanie kończy się wcześniej, więc wysięk może trwać, gdy nakłada się środek do pielęgnacji.
• Odspojone warstwy asfaltowe. Słaba przyczepność między warstwami powoduje pęknięcia poślizgowe (AC 150/5380-6C). Cienka warstwa ścieralna pozostawiona po frezowaniu może się rozwarstwić pod ruchem budowlanym. AC 150/5370-10H ostrzega, że potencjał delaminacji istnieje zawsze, gdy głębokość frezowania jest mniej więcej równa grubości układanej warstwy. Georadar może badać delaminację między warstwami. Jedno badanie FAA z konferencji wykazało odspojenie na głębokości od 40 do 70 mm za pomocą termografii w podczerwieni. Guma na drodze startowej utrudniała identyfikację odspojenia.

Odpryskiwanie przy spoinach i w narożnikach to inne wady. Polega na rozpadzie krawędzi lub narożnika płyty przy spoinie.

Co z tym zrobić

Wynik opukiwania lub podczerwieni jest mapą podejrzanych obszarów. Odwierty rdzeniowe potwierdzają głębokość. Wytyczne FHWA dotyczące napraw częściowej głębokości nawierzchni betonowej podają kroki samej naprawy:

1. Znajdź niezdrowy beton, opukując go prętem, młotkiem lub łańcuchem.
2. Wyznacz granice. Użyj minimalnej długości 12 in (300 mm) i minimalnej szerokości 4 in (100 mm).
3. Usuń niezdrowy beton i opukaj dno w poszukiwaniu słabych miejsc.
4. Przejdź na naprawę pełnej głębokości, jeśli odsłonięte są dyble lub ekipa musi dalej kuć, aby dotrzeć do zdrowego betonu.