Co to jest zaprawa ubijana na sucho?

Definicja i właściwości

Zaprawa ubijana na sucho to bardzo sztywna zaprawa cementowa portlandzkiego o zerowym opadzie stożka, składająca się z cementu, drobnego kruszywa i minimalnej ilości wody niezbędnej do hydratacji cementu. Jest mieszana do konsystencji przypominającej wilgotny piasek plażowy, mieszanka zachowuje swój kształt po uformowaniu w kulkę ręką, ale nie pozostawia widocznej warstwy wilgoci na dłoni. Ta wyjątkowo niska zawartość wody, zazwyczaj odpowiadająca stosunkowi wodno-cementowemu (w/c) od 0,25 do 0,35, odróżnia zaprawę ubijaną na sucho od konwencjonalnej zaprawy cementowej (w/c 0,40 do 0,55) i wylewanego zaczynu (w/c 0,35 do 0,50).

Definiującą właściwością fizyczną zaprawy ubijanej na sucho jest jej zerowy opad stożka, nie płynie i nie odkształca się pod własnym ciężarem. Ta cecha pozwala na układanie materiału w ograniczonych ubytkach, wąskich szczelinach oraz kieszeniach pionowych lub nad głową bez deskowania. Zaprawa jest zagęszczana przez ręczne ubicie lub wbijanie za pomocą drewnianego lub metalowego narzędzia, co zagęszcza materiał i zmusza go do ścisłego kontaktu z przygotowanym podłożem betonowym. Energia zagęszczania zastosowana podczas układania, zazwyczaj 25 do 30 uderzeń na cal kwadratowy za pomocą narzędzia do wbijania o wadze 1 do 2 funtów, wytwarza gęstą, niskoporowatą mikrostrukturę, która minimalizuje skurcz wysychania i maksymalizuje wytrzymałość wiązania.

Wytrzymałość na ściskanie prawidłowo wyproporcjonowanej i zagęszczonej zaprawy ubijanej na sucho waha się od 21 do 45 MPa (3 000 do 6 500 psi) po 28 dniach dla standardowych mieszanek polowych, przy czym kontrolowane mieszanki laboratoryjne wykorzystujące zoptymalizowane uziarnienie i zawartość spoiwa osiągają do 65 MPa (9 400 psi) zgodnie z badaniami opublikowanymi w środowisku akademickim. Przewodnik naprawy betonu ACI 546R-96 zauważa, że stosunek cementu do piasku 1:3 objętościowo (cement portlandzki typu I/II do czystego, ostrego piasku) jest najczęściej określaną proporcją. Stosunek 1:2,5 daje wyższą wytrzymałość do napraw konstrukcyjnych, podczas gdy 1:4 jest stosowany do wypełnień nienośnych, gdzie wymagania wytrzymałościowe są niższe.

Gęstość zagęszczonej zaprawy ubijanej na sucho wynosi około 2 100 do 2 240 kg/m³ (130 do 140 lb/ft³), co jest porównywalne z konwencjonalnym betonem. Porowatość jest znacznie niższa niż w przypadku zapraw mieszanych na mokro ze względu na niską zawartość wody i mechaniczne zagęszczanie, które wypycha uwięzione powietrze z mieszanki. Ta gęsta mikrostruktura daje niską przepuszczalność, współczynnik nasiąkliwości wodą jest zazwyczaj mniejszy niż 0,1 kg/m²·h⁰·⁵ badany zgodnie z ASTM C1585, co czyni materiał odpornym na wnikanie wilgoci i uszkodzenia spowodowane zamrażaniem i rozmrażaniem, gdy jest prawidłowo utwardzony.

Skurcz wysychania zaprawy ubijanej na sucho jest wyraźnie niższy niż w przypadku konwencjonalnej zaprawy cementowej, ponieważ objętość wolnej wody dostępnej do odparowania po hydratacji jest minimalna. Dla prawidłowo wyproporcjonowanej mieszanki 1:3 liniowy skurcz wysychania mierzony zgodnie z ASTM C596 wynosi zazwyczaj 0,03 do 0,06 procent po 28 dniach, w porównaniu z 0,06 do 0,12 procent dla konwencjonalnej zaprawy. Ten niski skurcz ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach naprawczych w ograniczonych przestrzeniach, ponieważ materiał naprawczy jest powstrzymywany przez otaczający beton. Jeśli naprężenia skurczowe przekroczą wytrzymałość wiązania lub nośność na rozciąganie zaprawy, naprawa ulegnie odspojeniu lub pęknięciu na styku, co jest najczęstszą przyczyną niepowodzenia naprawy zaprawą ubijaną na sucho.

Czas wiązania zaprawy ubijanej na sucho zależy od temperatury otoczenia, rodzaju cementu i stosowania domieszek chemicznych. Dla cementu portlandzkiego typu I/II w temperaturze 70°F (21°C) początek wiązania następuje po około 2 do 4 godzin, a koniec wiązania po 4 do 8 godzin od wymieszania. Domieszki przyspieszające (chlorek wapnia w ilości 1-2% wagowo cementu, tam gdzie jest to dozwolone) mogą skrócić czas wiązania o około 50% w przypadku napraw awaryjnych. Domieszki opóźniające mogą być określone do układania w czasie upałów powyżej 90°F (32°C), aby zapobiec przedwczesnemu wiązaniu przed zakończeniem zagęszczania.

Przewodnik naprawy betonu Biura Rekultywacji (Drugie wydanie, 2015) poświęca całą sekcję (I-D-2-c) zaprawie ubijanej na sucho i wiązanej na sucho, klasyfikując ją jako metodę naprawy cienkowarstwowej odpowiednią dla głębokości od 1/2 cala do 2 cali. Przewodnik określa, że zaprawa ubijana na sucho powinna być wyproporcjonowana zgodnie z wymaganiami naprawy, z optymalizacją zawartości cementu, wody i charakterystyki kruszywa dla konkretnego zastosowania. Przewodnik naprawy betonu Amerykańskiego Instytutu Betonu ACI 546R-96 (Ponownie zatwierdzony 2001) podobnie traktuje zaprawę ubijaną na sucho jako specjalistyczną technikę układania do napraw o małej objętości, gdzie deskowanie jest niepraktyczne.

Proporcjonowanie mieszanki

Proporcjonowanie mieszanki zaprawy ubijanej na sucho wymaga precyzyjnej kontroli trzech zmiennych: stosunku cementu do piasku, zawartości wody i uziarnienia kruszywa. W przeciwieństwie do konwencjonalnego betonu, gdzie projektowanie mieszanki opiera się na ustandaryzowanych procedurach (ACI 211), proporcjonowanie zaprawy ubijanej na sucho w dużej mierze opiera się na ocenie polowej i testach wyczucia ręką, ponieważ zawartość wody jest zbyt niska, aby konwencjonalne badanie opadu stożka lub rozpływu było miarodajne.

Stosunek cementu do piasku

Standardowy stosunek mieszanki zaprawy ubijanej na sucho to 1 część cementu portlandzkiego na 3 części czystego, ostrego piasku objętościowo. Ta proporcja jest określona przez ACI 546R-96, Przewodnik naprawy betonu Biura Rekultywacji oraz FAA AC 150/5380-6C do napraw wykruszeń spoin na nawierzchniach lotniskowych. Stosunek 1:3 zapewnia zrównoważone połączenie wytrzymałości na ściskanie, urabialności podczas wbijania i stabilności wymiarowej.

W przypadku napraw konstrukcyjnych wymagających wyższej wytrzymałości, takich jak nośne elementy betonowe, naprawy przyczółków mostów i łaty nawierzchni narażone na ruch statków powietrznych lub pojazdów ciężkich, zalecany jest stosunek 1:2,5 (cement do piasku objętościowo). Ta bogatsza mieszanka zwiększa 28-dniową wytrzymałość na ściskanie z około 3 000-4 500 psi (stosunek 1:3) do 5 000-6 500 psi (stosunek 1:2,5), w zależności od rodzaju cementu i charakterystyki piasku.

W przypadku zastosowań wypełnień nienośnych, takich jak wypełnianie pustek za elementami prefabrykowanymi, łatanie drobnych gniazd żwirowych lub wypełnianie otworów wiertniczych, można zastosować stosunek od 1:4 do 1:6. Te chudsze mieszanki mają niższą wytrzymałość (1 500-3 000 psi) i wyższą porowatość, ale zmniejszają koszt materiału i ciepło hydratacji w sytuacjach wypełnień masowych. Biuro Rekultywacji zauważa, że stosunki do 1:6 mogą być stosowane w niektórych zastosowaniach, ale ostrzega, że chudsze mieszanki są trudniejsze do zagęszczenia i bardziej podatne na pęknięcia skurczowe.

Określanie zawartości wody

Zawartość wody jest najbardziej krytyczną zmienną w proporcjonowaniu mieszanki zaprawy ubijanej na sucho. Zbyt mało wody uniemożliwia pełną hydratację cementu, pozostawiając niezhydratyzowane cząstki cementu, które nie przyczyniają się do wytrzymałości i zwiększają porowatość. Zbyt dużo wody daje mokrą mieszankę, która opada pod własnym ciężarem, nie może być prawidłowo zagęszczona przez wbijanie i nadmiernie kurczy się podczas suszenia, prowadząc do odspojenia i pękania na obwodzie naprawy.

Docelowa konsystencja jest opisana w terminologii ACI jako wilgotna, nie mokra. Do weryfikacji prawidłowej zawartości wody stosuje się cztery testy polowe:

Test kulki, Garść wymieszanej zaprawy jest mocno ściskana w dłoni. Prawidłowo wyproporcjonowana mieszanka tworzy spójną kulkę, która zachowuje swój kształt po otwarciu dłoni. Jeśli kulka kruszy się po otwarciu, mieszanka jest zbyt sucha. Jeśli woda wycieka między palcami lub pozostawia mokry ślad na dłoni, mieszanka jest zbyt mokra.

Test upadku, Kulka zaprawy jest upuszczana z wysokości pasa (około 36 cali) na czystą, twardą powierzchnię. Prawidłowo wyproporcjonowana mieszanka rozpada się na kilka dużych fragmentów. Mieszanka, która jest zbyt mokra, spłaszcza się w placek. Mieszanka, która jest zbyt sucha, rozpada się na pojedyncze ziarna piasku.

Test odcisku dłoni, Garść zaprawy jest ściskana w dłoni, a następnie dłoń jest otwierana. Jeśli zaprawa zachowuje wyraźny odcisk linii skóry bez widocznej wolnej wody, zawartość wody jest prawidłowa. Film wodny na dłoni wskazuje na nadmiar wody.

Test ściśnięcia i puszczenia, Zaprawa ściśnięta w kulkę o średnicy 1 cala i umieszczona na płaskiej powierzchni powinna utrzymać swój ciężar bez opadania lub rozprzestrzeniania się. Średnica kulki po 60 sekundach nie powinna wzrosnąć o więcej niż 10% średnicy początkowej.

Docelowa zawartość wody wagowo wynosi zazwyczaj 6 do 9 procent całkowitej wagi suchych materiałów (cement plus piasek). Dla mieszanki 1:3 z użyciem 42,5 kg (94 funtów) cementu portlandzkiego i 127 kg (280 funtów) suchego piasku, dodatek wody wynosi około 3,0 do 4,5 litra (6,5 do 10 pint) . Wodę należy dodawać stopniowo, zacząć od 80% szacowanej ilości, dokładnie wymieszać, ocenić konsystencję i stopniowo dodawać pozostałą wodę, aż do osiągnięcia docelowego stanu wilgotnego piasku.

Wymagania dotyczące kruszywa

Piasek używany w zaprawie ubijanej na sucho musi być czysty, ostry, dobrze uziarniony i twardy. Norma ASTM C33 dla drobnego kruszywa do betonu określa odpowiednie wymagania dotyczące uziarnienia. Piasek powinien przechodzić przez sito nr 4 (4,75 mm) , a nie więcej niż 5% powinno pozostać na sicie nr 4. Moduł drobności powinien mieścić się w zakresie 2,5 do 3,1 dla optymalnej urabialności i gęstości zagęszczenia. Piaski drobniejsze niż 2,5 zwiększają zapotrzebowanie na wodę. Piaski grubsze niż 3,1 dają szorstką, trudną do zagęszczenia mieszankę.

Maksymalny rozmiar ziarna nie powinien przekraczać jednej trzeciej minimalnej głębokości naprawy. Dla głębokości naprawy 0,5 cala (12,5 mm) maksymalny rozmiar kruszywa powinien być ograniczony do 1/6 cala (4 mm), co odpowiada sicie nr 4. W przypadku głębszych napraw przekraczających 1 cal można zastosować kruszywo do 3/8 cala (9,5 mm), pod warunkiem że geometria ubytku pozwala na pełne zagęszczenie.

Piasek należy zbadać na obecność zanieczyszczeń organicznych zgodnie z ASTM C40 (test kolorymetryczny). Zanieczyszczenia organiczne pochodzące z mułu, gliny lub materii roślinnej opóźniają hydratację cementu i zmniejszają wytrzymałość wiązania. Zawartość wilgoci w piasku powinna być uwzględniona w obliczeniach wody zarobowej. Użycie piasku w stanie nasyconym powierzchniowo suchym (SSD) eliminuje zmienność wilgotności w dozowaniu polowym.

Rodzaje cementu i domieszki

Cement portlandzki typu I zgodnie z ASTM C150 jest standardowym cementem do zaprawy ubijanej na sucho. Typ II (umiarkowana odporność na siarczany) jest określony do napraw w glebach lub wodzie zawierającej siarczany. Typ III (wysoka wczesna wytrzymałość) może być stosowany, gdy wymagany jest szybki obrót, osiągając około 70% 28-dniowej wytrzymałości po 7 dniach. Typ I/II (cement dwufunkcyjny spełniający wymagania zarówno typu I, jak i II) jest powszechnie określany do napraw nawierzchni lotniskowych, ponieważ zapewnia dobrą wydajność ogólnego przeznaczenia z umiarkowaną odpornością na siarczany odpowiednią dla środowisk lotniskowych.

Biały cement portlandzki jest określony do napraw architektonicznych lub dopasowanych kolorystycznie, gdzie ważny jest wygląd wizualny. Wykorzystuje surowce o niskiej zawartości żelaza i manganu, dając te same właściwości wytrzymałościowe co szary cement.

Cementy mieszane, typ IS (cement portlandzki z żużlem wielkopiecowym) i typ IP (cement portlandzki z pucolaną) zgodnie z ASTM C595, mogą być stosowane do zaprawy ubijanej na sucho, ale wymagają dłuższych okresów utwardzania i mogą dawać wolniejszy przyrost wytrzymałości w niskich temperaturach. Popiół lotny (klasa C lub F zgodnie z ASTM C618) może zastąpić 15-25% cementu portlandzkiego, aby zmniejszyć ciepło hydratacji i poprawić urabialność, ale zamiana zmniejsza wczesną wytrzymałość.

Domieszki chemiczne są stosowane wybiórczo. Domieszki przyspieszające (chlorek wapnia, przyspieszacze bezechlorkowe na bazie mrówczanu wapnia lub azotanu wapnia) przyspieszają wiązanie i wczesny przyrost wytrzymałości do napraw awaryjnych lub układania w chłodne dni. Chlorek wapnia jest ograniczony do 2% wagowo cementu zgodnie z ACI 318 i jest zabroniony w betonie sprężonym lub narażonym na działanie siarczanów. Domieszki upłynniające (typ A lub typ D zgodnie z ASTM C494) mogą poprawić urabialność przy tej samej zawartości wody lub pozwolić na zmniejszenie wody bez utraty urabialności. Domieszki napowietrzające (ASTM C260) poprawiają odporność na zamrażanie i rozmrażanie, ale należy je stosować ostrożnie, ponieważ napowietrzenie zmniejsza wytrzymałość na ściskanie o około 5% na każdy 1% zawartości powietrza.

Technika układania

Sukces układania zaprawy ubijanej na sucho zależy wyłącznie od prawidłowego zagęszczenia przez ręczne wbijanie. Technika ta znacznie różni się od konwencjonalnego układania betonu, ponieważ materiał nie jest wylewany, wibrowany ani zacierany w zwykłym sensie. Każda cząstka zaprawy musi być mechanicznie wciśnięta w ścisły kontakt zarówno z podłożem, jak i sąsiednimi cząstkami zaprawy.

Przygotowanie ubytku

Ubytek naprawczy musi być przygotowany zgodnie z ustalonymi procedurami naprawy betonu przed rozpoczęciem układania zaprawy ubijanej na sucho. Zgodnie z Przewodnikiem naprawy betonu Biura Rekultywacji, obwód ubytku powinien być przecięty piłą na minimalną głębokość 3/4 cala (19 mm) , a linia cięcia powinna tworzyć prostokątny lub okrągły kształt z zaokrąglonymi narożnikami, ostre narożniki wewnętrzne koncentrują naprężenia i sprzyjają inicjacji pęknięć. Ubytek powinien być podcięty lub wyposażony w klucz pod kątem około 5 stopni, aby stworzyć mechaniczne zazębienie, które pomaga utrzymać materiał naprawczy. Minimalna głębokość naprawy zaprawą ubijaną na sucho wynosi 1/2 cala (12,5 mm) zgodnie ze specyfikacjami Caltrans i wytycznymi Biura Rekultywacji. Wykończenie na cienko (feather-edging) jest niedopuszczalne, ponieważ cienkie krawędzie odłamują się pod obciążeniem i zapewniają niewystarczającą powierzchnię do wiązania.

Cały zniszczony, rozwarstwiony i niespójny beton musi zostać usunięty za pomocą młotków do kucia (maks. 15 funtów) , hydrodemolicji (10 000-20 000 psi) , igłowych skalerów lub piaskowania ściernego, aby odsłonić zdrowy beton z otwartymi ziarnami kruszywa. Podłoże jest następnie czyszczone, najpierw sprężonym powietrzem bezolejowym w celu usunięcia luźnych zanieczyszczeń, a następnie przez strumieniowanie wodą pod wysokim ciśnieniem o minimalnym ciśnieniu 3 000 psi (21 MPa) w celu usunięcia pyłu, mleczka cementowego i pozostałości. Ubytek musi być w stanie nasyconym powierzchniowo suchym (SSD) w momencie układania, powierzchnia jest widocznie wilgotna bez stojącej wody. Stojąca woda w ubytku rozcieńcza zaprawę na styku i uniemożliwia tworzenie się wiązania.

Przygotowanie wiązania

Interfejs między istniejącym betonem a zaprawą ubijaną na sucho jest najsłabszym ogniwem w systemie naprawczym. Trzy metody przygotowania wiązania są określone w Przewodniku Biura Rekultywacji:

Metoda 1 (Standardowa zaprawa ubijana na sucho), Nie stosuje się środka wiążącego. Podłoże jest utrzymywane w stanie SSD, a zaprawa ubijana na sucho jest wbijana bezpośrednio na wilgotną powierzchnię. Mechaniczne zazębienie z podciętego ubytku i ciśnienie zagęszczania zapewniają podstawowy mechanizm wiązania. Ta metoda jest odpowiednia do napraw w strefach ściskania, gdzie klucz mechaniczny jest wystarczający do utrzymania materiału naprawczego.

Metoda 2 (Zaprawa wiązana na sucho z zaczynem cementowym), Bezpośrednio przed ułożeniem, warstwa zaczynu cementowego (cement portlandzki zmieszany z wystarczającą ilością wody, aby utworzyć gęstą zawiesinę o konsystencji gęstej śmietany) jest wcierana w podłoże SSD. Aplikacja zaczynu powinna pokryć wszystkie odsłonięte powierzchnie ubytku, w tym boki, dno i wszelkie odsłonięte zbrojenie. Zaprawa ubijana na sucho jest układana, gdy zaczyn jest jeszcze lepki, zazwyczaj w ciągu 5 do 10 minut od aplikacji. Ta metoda zapewnia znacznie zwiększoną wytrzymałość wiązania poprzez wypełnienie mikroskopijnych porów powierzchniowych i zapewnienie strefy przejściowej bogatej w cement między podłożem a materiałem naprawczym.

Metoda 3 (Zaprawa wiązana na sucho z komercyjnym środkiem wiążącym), Komercyjny środek wiążący na bazie lateksu lub żywicy epoksydowej jest nakładany zgodnie z instrukcjami producenta. Środki wiążące na bazie lateksu (poli(octan winylu), styren-butadien lub akryl) poprawiają przyczepność i zmniejszają utratę wody z zaprawy ubijanej na sucho do podłoża. Środki wiążące na bazie żywicy epoksydowej zapewniają najwyższą wytrzymałość wiązania, ale wymagają starannego dozowania i kontroli temperatury. Należy ściśle przestrzegać zaleceń producenta dotyczących szybkości aplikacji, czasu otwartego i stanu podłoża.

Zagęszczanie warstwa po warstwie

Zaprawa ubijana na sucho musi być układana w cienkich, kolejnych warstwach, a nie wrzucana do ubytku w jednej masie. Każda warstwa powinna mieć grubość 1/4 do 3/8 cala (6 do 10 mm) , na tyle cienką, aby narzędzie do ubijania mogło przenieść energię zagęszczania przez całą grubość warstwy do interfejsu podłoża.

Krok 1, Wypełnienie początkowe: Pierwsza warstwa zaprawy jest rozprowadzana po dnie ubytku i mocno wciskana w kontakt z zaczynem wiążącym (jeśli jest używany) lub podłożem SSD. Narzędzie do ubijania, zazwyczaj tępy drewniany pręt (średnica 3/4 do 1-1/2 cala), kawałek tarcicy 2x4 lub stalowy pręt do ubijania z płaską powierzchnią, jest używane do zadawania mocnych, pionowych uderzeń na całej powierzchni. Każdy cal kwadratowy powierzchni powinien otrzymać minimum 25 do 30 uderzeń ubijaka. Zagęszczanie powinno przebiegać systematycznie z jednej strony ubytku na drugą, przy czym każde ubicie powinno zachodzić na poprzednie o około 50%.

Krok 2, Warstwy pośrednie: Kolejne warstwy są układane w ten sam sposób, przy czym każda warstwa jest zagęszczana przed dodaniem następnej. Zagęszczanie każdej warstwy powinno zagęścić materiał do punktu, w którym powierzchnia wydaje się błyszcząca, co wskazuje, że zaczyn cementowy został wypchnięty na powierzchnię przez ciśnienie zagęszczania. Ten połysk powierzchni jest polowym wskaźnikiem odpowiedniego zagęszczenia. Jeśli powierzchnia pozostaje matowa po ubijaniu, wymagany jest dodatkowy wysiłek zagęszczania.

Krok 3, Ostateczna powierzchnia: Ostatnia warstwa jest układana nieco wyżej niż otaczająca powierzchnia nawierzchni (około 1/16 do 1/8 cala powyżej). Po pełnym zagęszczeniu narzędziem do ubijania, powierzchnia jest zrównywana za pomocą łaty lub deski zacierającej trzymanej równo z otaczającą nawierzchnią. Ostateczne wykończenie nakłada się pacą drewnianą (do dopasowania tekstury do otaczającego betonu) lub pacą stalową (do gładkich powierzchni wykończeniowych). Powierzchnia powinna być równa w granicach 1/8 cala (3 mm) od otaczającej powierzchni nawierzchni zgodnie z FAA AC 150/5380-6C.

Narzędzia do zastosowań pionowych i nad głową

W przypadku powierzchni pionowych (takich jak ściany przyczółków, kolumny lub ściany oporowe) zaprawę ubijaną na sucho należy wcisnąć w ubytek z wystarczającą siłą, aby utrzymała się na miejscu pomimo grawitacji. Zaprawę należy formować w kształty przypominające krążki o średnicy około 2 do 3 cali i grubości 1/2 do 3/4 cala, a następnie mocno wciskać w ubytek za pomocą dłoni lub wyściełanego narzędzia do ubijania. Każdy krążek musi być dokładnie zagęszczony przed ułożeniem następnego obok niego.

W przypadku zastosowań nad głową zaprawę należy wciskać do góry w ubytek za pomocą płyty podkładowej lub deskowania trzymanego pod spodem. Narzędzie do ubijania jest używane przez otwór dostępowy do zagęszczania zaprawy na powierzchni nad głową. Jest to najtrudniejsze zastosowanie zaprawy ubijanej na sucho i wymaga znacznego doświadczenia, aby osiągnąć prawidłowe zagęszczenie i wiązanie. Zaprawa wiązana na sucho (Metoda 2 lub 3) jest mocno zalecana do napraw nad głową.

Utwardzanie

Prawidłowe utwardzanie jest niezbędne dla zaprawy ubijanej na sucho, ponieważ niska zawartość wody zapewnia minimalny margines na utratę wody podczas hydratacji. Jeśli zaprawa wyschnie przed zasadniczym zakończeniem hydratacji cementu (zazwyczaj 7 dni w temperaturze 70°F/21°C), reakcja hydratacji zatrzymuje się, pozostawiając niezhydratyzowany cement, który nie przyczynia się do wytrzymałości i porowatą mikrostrukturę podatną na uszkodzenia spowodowane zamrażaniem i rozmrażaniem.

Metody utwardzania określone w Przewodniku Biura Rekultywacji obejmują:

Mokre płótno jutowe z przykryciem polietylenowym, Tkanina jutowa (minimalna waga 4-warstwowa) jest nasycana czystą wodą, umieszczana bezpośrednio na wykończonej powierzchni naprawy i przykrywana przezroczystą folią polietylenową (minimalna grubość 4 mils), aby zapobiec parowaniu. Płótno jutowe musi być ponownie zwilżane codziennie lub częściej w gorących, suchych lub wietrznych warunkach. Folia polietylenowa powinna wystawać co najmniej 6 cali poza płótno ze wszystkich stron i być obciążona na krawędziach, aby utrzymać kontakt.

Ciągłe nawadnianie wodą, Wąż nasączający, linia do nawadniania kroplowego lub dysza zamgławiająca dostarczają ciągły dopływ wody do powierzchni naprawy i otaczającego betonu. Ta metoda jest skuteczna w czasie upałów, ale wymaga niezawodnego źródła wody i odpowiedniego drenażu, aby zapobiec gromadzeniu się wody w sąsiednich obszarach.

Płynne preparaty do pielęgnacji betonu tworzące membranę, Preparaty spełniające ASTM C309 (płynne preparaty do pielęgnacji betonu tworzące membranę) są nakładane pędzlem lub przez natrysk w ilości określonej przez producenta (zazwyczaj 200 do 300 stóp kwadratowych na galon). Preparat tworzy ciągłą barierę, która zatrzymuje wilgoć w zaprawie. Preparaty pigmentowane na biało są stosowane w czasie upałów, aby odbijać promieniowanie słoneczne i obniżać temperaturę powierzchni.

Minimalny czas utwardzania wynosi 7 dni w temperaturach powyżej 50°F (10°C). W przypadku cementu typu III (wysoka wczesna wytrzymałość) minimum można skrócić do 3 dni, jeśli badania wytrzymałości potwierdzą odpowiednią hydratację. W przypadku układania w chłodne dni poniżej 50°F okres utwardzania należy wydłużyć, aż zaprawa zgromadzi minimum 500°F-dni (stopniodni powyżej 32°F).

Kontrola temperatury podczas układania i utwardzania ma kluczowe znaczenie. Temperatura otoczenia powinna być utrzymywana powyżej 40°F (4°C) podczas układania i przez cały okres utwardzania zgodnie z ACI 306 (Układanie betonu w chłodne dni). W czasie upałów powyżej 90°F (32°C) temperatura zaprawy powinna być utrzymywana poniżej 90°F poprzez użycie chłodnej wody zarobowej, zacienienie materiałów i układanie w najchłodniejszej części dnia. Lód może być używany jako część wody zarobowej, pod warunkiem że lód całkowicie się stopi przed rozpoczęciem układania.

Odpowiednie rodzaje napraw

Zaprawa ubijana na sucho ma zastosowanie w określonym zakresie scenariuszy napraw betonu, charakteryzujących się ograniczoną geometrią, małą objętością i brakiem deskowania. Zrozumienie odpowiedniego zakresu zastosowania jest niezbędne do skutecznego użycia.

Naprawy wykruszeń spoin w sztywnych nawierzchniach

Wykruszenia spoin to pęknięcia, odpryski lub złamania występujące na lub w pobliżu spoin nawierzchni, zazwyczaj w odległości od 1 do 2 stóp od lica spoiny. Są spowodowane nadmiernymi naprężeniami na spoje od obciążeń kołowych, nieściśliwymi zanieczyszczeniami wypełniającymi spojenie, niewspółosiowością prętów dyblowych lub deterioracją betonu spowodowaną zamrażaniem i rozmrażaniem. FAA AC 150/5380-6C (Wytyczne i procedury utrzymania nawierzchni lotniskowych) identyfikuje naprawę wykruszeń spoin jako podstawowe zastosowanie do łatania częściowej głębokości przy użyciu metod układania zaprawy.

Procedura naprawy zgodnie z Okólnikiem Doradczym FAA obejmuje przecięcie piłą obwodu wykruszonego obszaru na minimalną głębokość 3/4 cala, usunięcie całego niespójnego betonu w granicach cięcia do maksymalnej głębokości jednej trzeciej grubości płyty nawierzchni, oczyszczenie ubytku, nałożenie środka wiążącego, jeśli jest określony, oraz ułożenie zaprawy ubijanej na sucho w cienkich zagęszczonych warstwach. Obszar naprawy jest zazwyczaj ograniczony do mniej niż 2 stóp kwadratowych na łatę w przypadku metod z zaprawą ubijaną na sucho. Większe wykruszenia sięgające więcej niż jednej trzeciej grubości płyty wymagają naprawy na pełną głębokość przy użyciu konwencjonalnego betonu zgodnie z pozycją P-501 (nawierzchnia z betonu cementowego portlandzkiego) w AC 150/5370-10H.

Wypełnianie otworów po stożkach

Otwory po stożkach to stożkowe puste przestrzenie pozostawione w betonowej nawierzchni po usunięciu śrub do szalunków lub śrub stożkowych. W budowie i naprawie nawierzchni lotniskowych otwory te mają średnicę od 1 do 3 cali na powierzchni i zwężają się do 1/2 do 1 cala na głębokości od 2 do 4 cali. Otwory po stożkach muszą być całkowicie wypełnione, aby zapobiec gromadzeniu się wody, uszkodzeniom spowodowanym zamrażaniem i rozmrażaniem oraz powstawaniu ciał obcych (FOD).

Zaprawa ubijana na sucho jest preferowaną metodą wypełniania otworów po stożkach, ponieważ ograniczona geometria uniemożliwia użycie deskowania, a niskoskurczowe właściwości zaprawy ubijanej na sucho dają trwałe wypełnienie, które nie odrywa się od ścianek otworu. Otwór jest czyszczony z pyłu i zanieczyszczeń sprężonym powietrzem, zwilżany do stanu SSD i wypełniany w jednej ciągłej operacji zagęszczania. Zaprawa jest wbijana do otworu za pomocą metalowego pręta nieco mniejszego niż średnica otworu, pracując od dołu do góry, aby wyeliminować kieszenie powietrzne. Ostateczna powierzchnia jest zrównywana i wykańczana, aby dopasować się do tekstury otaczającej powierzchni.

Małe wykruszenia i wyskoki

Wykruszenia to płytkie zagłębienia w powierzchni betonu powstałe w wyniku zlokalizowanego uszkodzenia mechanicznego, korozji zbrojenia stalowego, działania zamrażania i rozmrażania lub wyskoku kruszywa (utrata przypowierzchniowego ziarna kruszywa z powodu wewnętrznych sił ekspansywnych). Wykruszenia o głębokości od 1/2 cala do 2 cali i powierzchni do 1 stopy kwadratowej są kandydatami do naprawy zaprawą ubijaną na sucho.

Przewodnik Biura Rekultywacji klasyfikuje zaprawę ubijaną na sucho jako metodę naprawy cienkowarstwowej odpowiednią dla głębokości od 1/2 cala do 2 cali. Ubytek naprawczy powinien być przygotowany z podciętymi bokami, oczyszczony w celu usunięcia wszystkich luźnych materiałów i utrzymywany w stanie SSD do momentu układania. W przypadku wykruszeń spowodowanych korozją, gdzie odsłonięte jest zbrojenie stalowe, stal musi być oczyszczona do prawie białego metalu zgodnie z SSPC-SP10/NACE nr 2 (piaskowanie ścierne) i pokryta podkładem antykorozyjnym przed nałożeniem zaczynu wiążącego i zaprawy ubijanej na sucho.

Naprawa gniazd żwirowych i plastrów miodu

Gniazda żwirowe, puste przestrzenie w betonie spowodowane niezapełnieniem przestrzeni między grubymi ziarnami kruszywa przez zaprawę podczas układania, oraz plastry miodu, gniazda kruszywa pozbawione zaprawy, są wadami konstrukcyjnymi wymagającymi naprawy, gdy sięgają powierzchni lub naruszają osłonę konstrukcyjną nad zbrojeniem. Zaprawa ubijana na sucho dobrze nadaje się do wypełniania ubytków po gniazdach żwirowych, ponieważ metoda ręcznego wbijania może wcisnąć zaprawę w nieregularne puste przestrzenie, które zatrzymałyby powietrze i spowodowały niepełne wypełnienie w przypadku wylewanych zaczynów.

W przypadku napraw gniazd żwirowych luźne kruszywo i niespójny materiał muszą zostać usunięte przez kucie, a ubytek musi być oczyszczony i przygotowany zgodnie ze standardowymi procedurami. Zaprawa ubijana na sucho jest wciskana we wszystkie obszary pustek za pomocą małych narzędzi do ubijania, dopasowanych rozmiarem do nieregularnej geometrii ubytku. Zaprawa wiązana na sucho (Metoda 2 lub 3) jest zalecana do napraw gniazd żwirowych, ponieważ nieregularne powierzchnie pustek zapewniają ograniczone mechaniczne zazębienie.

Wąskie szczeliny i wpusty

Szczeliny, wąskie prostokątne ubytki o szerokości zazwyczaj od 1/2 do 2 cali i głębokości od 1 do 4 cali, są wycinane w betonie do montażu prętów dyblowych, retrofitu prętów łączących lub umieszczania śrub kotwiących. Ograniczona geometria szczelin sprawia, że deskowanie jest niepraktyczne, a wylewany zaczyn trudny do ułożenia bez uwięzienia powietrza. Zaprawa ubijana na sucho jest standardowym materiałem do wypełniania tych wąskich ubytków.

Szczelina jest przygotowana z czystymi, równoległymi bokami i płaskim dnem. Podłoże SSD otrzymuje aplikację zaczynu wiążącego, a zaprawa ubijana na sucho jest wciskana w szczelinę cienkimi warstwami za pomocą wąskiego narzędzia do ubijania (nieco mniejszego niż szerokość szczeliny). Zagęszczanie przebiega od jednego końca szczeliny do drugiego, zapewniając całkowite wypełnienie bez pustek. Nadmiar materiału jest zrównywany po zagęszczeniu.

Osadzanie śrub kotwiących i prętów dyblowych

Gdy śruby kotwiące lub pręty dyblowe są osadzane w wywierconych otworach w istniejącym betonie, przestrzeń pierścieniowa między prętem a ścianką otworu musi być całkowicie wypełniona, aby przenosić obciążenie przez połączenie. Zaprawa ubijana na sucho jest wbijana do otworu wokół pręta przez mały otwór dostępowy, osiągając pełne osadzenie bez szczelin skurczowych, które mogą wystąpić w przypadku wylewanego zaczynu w głębokich, wąskich otworach.

Średnica otworu powinna być co najmniej o 1/4 cala większa niż średnica pręta, aby zapewnić odpowiednią przestrzeń do ułożenia zaprawy. Otwór jest czyszczony, pręt jest pozycjonowany i podtrzymywany we właściwym ustawieniu, a zaprawa ubijana na sucho jest wbijana w przestrzeń pierścieniową małymi porcjami za pomocą pręta, który mieści się między prętem a ścianką otworu. Zaprawa musi być najpierw wciśnięta na dno otworu, a następnie budowana w górę warstwami, aby zapewnić całkowite wypełnienie wokół całego obwodu pręta.

Przygotowanie wiązania

Interfejs między istniejącym podłożem betonowym a materiałem naprawczym z zaprawy ubijanej na sucho jest najbardziej krytycznym czynnikiem trwałości naprawy. ACI 546R-96 podkreśla, że “przedwczesne awarie systemów naprawczych są często przypisywane nieprawidłowemu przygotowaniu powierzchni.” Wiązanie musi wytrzymywać naprężenia rozciągające i ścinające wynikające z różnicowego ruchu termicznego, skurczu wysychania materiału naprawczego, przyłożonych obciążeń i narażenia środowiskowego.

Profil powierzchni podłoża

Powierzchnia istniejącego betonu musi być przygotowana do osiągnięcia profilu powierzchni betonu (CSP) od 3 do 5 zgodnie z Wytyczną ICRI nr 03732 (Dobór i określanie przygotowania powierzchni betonu do uszczelniaczy, powłok i nakładek polimerowych). CSP 3 odpowiada profilowi lekkiego piaskowania ściernego lub trawienia kwasem z bardzo lekką teksturą powierzchni. CSP 5 odpowiada profilowi średniego piaskowania ściernego z widoczną chropowatością powierzchni odsłaniającą drobne kruszywo.

W przypadku napraw zaprawą ubijaną na sucho zaleca się minimalny CSP 5. Ta chropowatość zapewnia wystarczającą powierzchnię do mechanicznego zazębienia między podłożem a zaprawą naprawczą. Wyższe wartości CSP (6-9) nie są konieczne w przypadku zapraw cementowych i mogą zmniejszyć efektywny przekrój poprzeczny cienkich odcinków naprawczych.

Przygotowana powierzchnia musi odsłaniać zdrowy beton z otwartymi ziarnami kruszywa na całym obszarze naprawy. Mleczko cementowe, słaba, porowata warstwa drobnych cząstek i wody zarobowej, która gromadzi się na powierzchniach betonu podczas układania, musi być całkowicie usunięte. Wymóg odsłonięcia zdrowego betonu jest weryfikowany przez próbę kucia, jeśli uderzenie dłutem młotkiem o wadze 2 funtów powoduje pękanie ziaren kruszywa, a nie ich wysadzanie z zaczynu, przygotowanie powierzchni jest odpowiednie.

Stan nasycony powierzchniowo suchy (SSD)

Stan SSD jest standardowym stanem wilgotności dla napraw cementowych. Podłoże jest wstępnie zwilżane czystą wodą przez minimum 2 godziny przed ułożeniem lub do momentu, gdy powierzchnia przestanie widocznie wchłaniać wodę. W momencie układania powierzchnia powinna być wilgotna, bez stojącej wody lub widocznego połysku. Nadmiar stojącej wody jest usuwany przez osuszenie czystą gąbką lub sprężonym powietrzem (bezolejowym).

Stan SSD spełnia dwie funkcje. Po pierwsze, zapobiega wchłanianiu wody ze świeżej zaprawy przez suche podłoże, utrata wody do suchego podłoża może zwiększyć efektywny stosunek w/c na styku nawet o 0,10, zmniejszając wytrzymałość wiązania o 30-50%. Po drugie, zapewnia środowisko wilgotności niezbędne do prawidłowej hydratacji cementu na styku.

Stan SSD jest utrzymywany przez ciągłe zamgławianie lub zraszanie w okresie między przygotowaniem powierzchni a ułożeniem. Jeśli przygotowana powierzchnia wyschnie przed ułożeniem, należy ją ponownie zwilżyć na co najmniej 1 godzinę, aby przywrócić stan SSD.

Aplikacja zaczynu wiążącego

W przypadku napraw zaprawą wiązaną na sucho (Metoda 2), zaczyn cementowy jest mieszany do kremowej konsystencji przy użyciu cementu portlandzkiego i czystej wody, zazwyczaj przy stosunku w/c wynoszącym 0,35 do 0,40. Zaczyn powinien być mieszany w małych partiach wystarczających na 15-20 minut aplikacji, większe partie stężeją przed użyciem i należy je wyrzucić.

Zaczyn jest nakładany sztywnym pędzlem, preferowany jest pędzel murarski o szerokości 3-4 cali lub pędzel do szorowania powierzchni betonowych, i energicznie wcierany w przygotowaną powierzchnię, aby zapewnić penetrację wszystkich porów i nierówności powierzchni. Warstwa zaczynu powinna być cienka (około 1/16 do 1/8 cala), ale ciągła na całym obszarze naprawy. Zaprawa ubijana na sucho musi być ułożona, gdy zaczyn jest jeszcze mokry i lepki, zazwyczaj w ciągu 5 do 10 minut od aplikacji w normalnych warunkach temperaturowych. Jeśli zaczyn wyschnie do twardej, błyszczącej warstwy przed ułożeniem zaprawy, należy go usunąć przez szczotkowanie druciane i nałożyć ponownie.

W przypadku komercyjnych środków wiążących (Metoda 3) należy ściśle przestrzegać instrukcji producenta dotyczących stanu podłoża, szybkości aplikacji, czasu otwartego i utwardzania. Środki wiążące na bazie żywicy epoksydowej zazwyczaj wymagają suchego podłoża (nie SSD), podczas gdy środki wiążące na bazie lateksu mogą dopuszczać wilgotne podłoże. Użycie niewłaściwego stanu wilgotności dla konkretnego środka wiążącego spowoduje awarię wiązania.

Przygotowanie zbrojenia

Gdy w ubytku naprawczym znajduje się odsłonięte zbrojenie stalowe, należy je przygotować przed oczyszczeniem podłoża i nałożeniem zaczynu wiążącego. Odsłonięty pręt zbrojeniowy jest czyszczony do prawie białego metalu zgodnie z SSPC-SP10/NACE nr 2 za pomocą piaskowania ściernego, mycia ciśnieniowego z inhibitorami rdzy lub igłowania. Wszystkie produkty korozji, zgorzelina walcownicza, farba, smar i produkty korozji muszą zostać usunięte. Po oczyszczeniu zbrojenie należy sprawdzić pod kątem utraty przekroju, jeśli korozja zmniejszyła średnicę pręta o więcej niż 20%, przed kontynuowaniem naprawy wymagana jest ocena konstrukcyjna.

Oczyszczone zbrojenie jest pokrywane podkładem antykorozyjnym lub powłoką epoksydową przed nałożeniem zaczynu wiążącego i zaprawy ubijanej na sucho. Powłoka powinna sięgać co najmniej 1 cal poza odsłonięty pręt zbrojeniowy do zdrowego betonu z każdej strony.

Kontrola naprawy zaprawą ubijaną na sucho

Kontrola naprawy zaprawą ubijaną na sucho przebiega zgodnie z procedurami określonymi w FAA AC 150/5380-6C dla napraw nawierzchni lotniskowych oraz ogólnymi wytycznymi kontroli napraw betonu w ACI 546R-96. Kontrola weryfikuje, że naprawa jest zwarta, prawidłowo związana i stabilna wymiarowo.

Ocena integralności wiązania

Wiązanie między zaprawą ubijaną na sucho a istniejącym podłożem ocenia się przez sondowanie akustyczne, opukiwanie powierzchni naprawy młotkiem (młotek kulowy o wadze 1 funta lub młotek geologiczny) lub przeciąganie łańcucha (odcinek ciężkiego łańcucha stalowego o długości 3 do 5 stóp) po obszarze. Czysty, dźwięczny dźwięk wskazuje na prawidłowe wiązanie. Głuchy, pusty lub bębenkowy dźwięk wskazuje na odspojenie, zaprawa oddzieliła się od podłoża na styku.

Badanie przez opukiwanie należy przeprowadzić w siatce o rozstawie nie większym niż 6 cali w każdym kierunku na obszarze naprawy. Wszystkie obszary o głuchym dźwięku należy oznaczyć kredą lub markerem i odnotować w formularzu kontrolnym. Pojedyncze obszary odspojenia przekraczające 1 cal kwadratowy lub stanowiące łącznie więcej niż 10% powierzchni naprawy są powodem do odrzucenia i usunięcia.

W przypadku krytycznych napraw na nawierzchniach lotniskowych narażonych na obciążenia statków powietrznych zaleca się badanie wiązania zgodnie z ASTM C1583 (Standardowa metoda badania wytrzymałości na rozciąganie powierzchni betonu oraz wytrzymałości wiązania lub wytrzymałości na rozciąganie materiałów do naprawy i nakładania betonu metodą bezpośredniego odrywania). Metalowy krążek o średnicy 50 mm (2 cale) jest przyklejany do powierzchni naprawy za pomocą żywicy epoksydowej o wysokiej wytrzymałości, a przenośny tester odrywający przykłada bezpośrednie obciążenie rozciągające aż do zniszczenia. Wytrzymałość wiązania jest raportowana w MPa lub psi. Minimalna wytrzymałość wiązania wynosząca 1,5 MPa (220 psi) jest zazwyczaj określana dla napraw konstrukcyjnych.

Kontrola pęknięć skurczowych

Obwód i powierzchnia naprawy są kontrolowane pod kątem pęknięć skurczowych za pomocą lupy z podświetleniem 10x lub przymiaru do pęknięć. Pęknięcia szersze niż 0,25 mm (0,01 cala) na styku między naprawą a istniejącym betonem są niedopuszczalne i wskazują na nadmiar wody w mieszance, nieodpowiednie zagęszczenie lub niewystarczające utwardzanie. Powierzchniowe pęknięcia skurczowe (pęknięcia mapowe lub siatkowe) węższe niż 0,25 mm mają charakter kosmetyczny, ale mogą wskazywać na słabe zagęszczenie lub złe warunki utwardzania, które uzasadniają dalsze dochodzenie.

Pęknięcia tworzące pełny pierścień obwodowy wokół naprawy (odspojenie na całym styku) wymagają całkowitego usunięcia i wymiany niezależnie od szerokości pęknięcia. Pęknięcia częściowego obwodu sięgające więcej niż 25% obwodu naprawy są oceniane pod kątem przyczyny i mogą wymagać naprawy przez iniekcję żywicą epoksydową lub usunięcia i wymiany.

Ocena zwartości i twardości

Twardość powierzchni naprawy ocenia się za pomocą testu zarysowania, narzędzie ze stali hartowanej (takie jak śrubokręt lub szydło) jest przeciągane po powierzchni naprawy z umiarkowanym naciskiem. Prawidłowo utwardzona i zagęszczona naprawa opiera się zarysowaniu i wydaje metaliczny dźwięk przy opukiwaniu. Naprawa, którą można łatwo zarysować lub wydrążyć, wskazuje na niską twardość powierzchni spowodowaną nieodpowiednim utwardzaniem, niewystarczającą zawartością cementu lub nadmiarem wody w warstwie wierzchniej.

Młotek Schmidta (ASTM C805, Standardowa metoda badania liczby odbicia stwardniałego betonu) może być używany do porównawczej oceny twardości. Liczby odbicia z naprawy powinny mieścić się w granicach 80-120% liczb odbicia z sąsiedniego zdrowego betonu. Wartości znacznie poniżej sąsiedniego betonu wskazują na nieodpowiedni przyrost wytrzymałości.

Kontrola wymiarowa

Rzędna powierzchni naprawy jest sprawdzana w stosunku do otaczającej powierzchni nawierzchni za pomocą łaty, aluminiowa lub stalowa łata o długości 4 stóp (1,2 m) umieszczona w poprzek naprawy i sąsiedniej nawierzchni. FAA AC 150/5380-6C określa, że naprawy wykruszeń o częściowej głębokości muszą być zrównane z otaczającą powierzchnią w granicach 1/8 cala (3 mm) . Wypukłości stwarzają ryzyko potknięcia i powstawania ciał obcych (FOD). Wklęsłości gromadzą wodę i przyspieszają deteriorację spowodowaną zamrażaniem i rozmrażaniem na obwodzie naprawy.

Granice naprawy są kontrolowane pod kątem wykruszeń krawędzi, odprysków lub pęknięć na obwodzie cięcia piłą spowodowanych nadmiernym lub niedostatecznym zagęszczeniem na krawędziach. Wykruszenia krawędzi szersze niż 1/4 cala (6 mm) zmniejszają efektywną szerokość naprawy i tworzą punkty inicjacji przyszłej deterioracji.

Pobieranie rdzeni i badania niszczące

W przypadku badań odbiorczych krytycznych napraw, rdzenie betonowe (ASTM C42) o średnicy 2 do 4 cali (50 do 100 mm) są pobierane przez naprawę do istniejącego podłoża. Rdzeń jest badany pod kątem:

• Ciągłości linii wiązania, ciągły, dobrze związany interfejs bez separacji
• Zawartości pustek, widoczne puste przestrzenie z niepełnego zagęszczenia
• Konsolidacji warstw, dobrze zagęszczone warstwy bez widocznych granic między warstwami
• Jednorodności materiału, jednolity kolor i tekstura na całej głębokości naprawy

Rdzeń może być badany pod kątem wytrzymałości na ściskanie (ASTM C39), jeśli geometria (stosunek wysokości do średnicy od 1,75 do 2,00) na to pozwala. Minimalna akceptowalna wytrzymałość na ściskanie jest zazwyczaj określana jako 21 MPa (3 000 psi) po 7 dniach dla cementu typu I/II.

Zaprawa ubijana na sucho a wylewany zaczyn a zaprawa epoksydowa

Wybór między zaprawą ubijaną na sucho, wylewanym zaczynem cementowym a zaprawą epoksydową zależy od geometrii naprawy, wymagań wytrzymałościowych, ograniczeń czasowych, kosztów i warunków środowiskowych.

Kiedy stosować zaprawę ubijaną na sucho

Zaprawa ubijana na sucho jest właściwym wyborem, gdy spełnione są wszystkie poniższe warunki:

• Obszar naprawy jest mały (mniej niż 2 stopy kwadratowe na jedno zastosowanie)
• Głębokość naprawy wynosi 0,5 do 2 cali (12,5 do 50 mm)
• Nie można umieścić deskowania lub nie jest to ekonomicznie uzasadnione
• Ubytek naprawczy jest ograniczony przez sąsiedni beton co najmniej z dwóch stron, zapewniając zamknięcie dla czynności wbijania
• Temperatura otoczenia jest powyżej 40°F (4°C)
• Dostępnych jest kilka godzin na ułożenie i wstępne utwardzanie (3-7 dni na pełne utwardzenie)
• Koszt materiału jest głównym ograniczeniem budżetowym
• Dostępna jest wykwalifikowana siła robocza z doświadczeniem w zaprawie ubijanej na sucho

Kiedy stosować wylewany zaczyn cementowy

Wylewany zaczyn cementowy spełniający ASTM C1107 (Standardowa specyfikacja dla pakowanej suchej zaprawy hydrauliczno-cementowej (nieskurczowej)) jest właściwym wyborem, gdy:

• Objętość naprawy przekracza 1 stopę sześcienną (0,028 m³)
• Wokół obszaru naprawy można zainstalować deskowanie
• Pożądane jest układanie samopoziomujące, aby zmniejszyć wymagania dotyczące pracy
• Wymagana jest wyższa wczesna wytrzymałość (1 000-3 000 psi po 24 godzinach w przypadku formulacji szybkotwardniejących)
• Obszar naprawy jest dostępny do układania grawitacyjnego lub pompowego
• Określona jest formulacja nieskurczowa, aby zminimalizować powstawanie szczelin na styku

Kiedy stosować zaprawę epoksydową

Zaprawa epoksydowa spełniająca ASTM C881 (Standardowa specyfikacja dla systemów wiążących na bazie żywicy epoksydowej do betonu) jest właściwym wyborem, gdy:

• Wymagany jest szybki obrót, ruch statków powietrznych lub pojazdów musi zostać wznowiony w ciągu godzin
• Wysoka wytrzymałość wiązania jest niezbędna, naprawy w strefach rozciągania lub narażone na obciążenia cykliczne
• Należy naprawić cienkie odcinki (mniej niż 0,5 cala / 12,5 mm)
• Naprawa musi być nieprzepuszczalna dla wody lub chemikaliów
• Wymagany jest prawie zerowy skurcz, podstawy precyzyjnego sprzętu, retrofity prętów dyblowych
• Budżet pozwala na koszty materiałów 5-10 razy wyższe niż alternatywy cementowe
• Podłoże może być utrzymywane w suchym stanie (zgodnie z wymaganiami producenta)

Zastosowania w naprawach betonu lotniskowego

Zaprawa ubijana na sucho ma określone zastosowania w utrzymaniu nawierzchni lotniskowych, zdefiniowane przez Okólnik Doradczy FAA 150/5380-6C (Wytyczne i procedury utrzymania nawierzchni lotniskowych, październik 2014) oraz AC 150/5370-10H (Standardy określania budowy lotnisk).

Naprawa wykruszeń spoin

Wykruszenia spoin na pasach startowych, drogach kołowania i płytach postojowych lotnisk są naprawiane przy użyciu procedur łatania częściowej głębokości. FAA AC 150/5380-6C Tabela 6-2 (Szybki przewodnik utrzymania i naprawy typowych problemów powierzchni sztywnych nawierzchni) wymienia “Wykruszenia na spojeniach lub pęknięciach” jako typowy problem powierzchni sztywnych nawierzchni i zaleca “łatanie częściowej głębokości” jako metodę naprawy.

Procedura naprawy wykruszeń zgodnie z wytycznymi FAA wymaga:

1. Przecięcia piłą obwodu wykruszonego obszaru do czystego, prostokątnego lub kwadratowego kształtu z zaokrąglonymi narożnikami
2. Usunięcia całego niespójnego betonu w granicach cięcia do głębokości nieprzekraczającej jednej trzeciej grubości płyty nawierzchni
3. Oczyszczenia ubytku sprężonym powietrzem i strumieniowaniem wodnym pod wysokim ciśnieniem
4. Nałożenia środka wiążącego (zaczyn cementowy lub środek wiążący na bazie żywicy epoksydowej), jeśli jest określony w dokumentach projektu
5. Ułożenia zaprawy ubijanej na sucho w warstwach nieprzekraczających 25 mm (1 cal) każda, przy czym każda warstwa jest dokładnie zagęszczana przez ubicie
6. Utwardzania naprawy przez minimum 7 dni lub do momentu, gdy materiał naprawczy osiągnie określoną wytrzymałość na ściskanie
7. Kontroli naprawy pod kątem wiązania (test opukiwania), równości (sprawdzenie łatą w granicach tolerancji 1/8 cala) i pękania

FAA szczególnie zauważa, że naprawa zaprawą ubijaną na sucho jest odpowiednia dla głębokości wykruszeń do 50 mm (2 cali) . Wykruszenia głębsze niż jedna trzecia grubości płyty wymagają wymiany płyty na pełną głębokość zgodnie ze specyfikacjami betonu nawierzchniowego P-501.

Wypełnianie otworów po stożkach na lotniskach

Otwory po stożkach w nawierzchniach lotniskowych stanowią zagrożenie FOD, jeśli pozostaną niewypełnione lub nieprawidłowo wypełnione. Luźne kruszywo lub rozdrobniony materiał wypełniający może zostać zassany przez silniki odrzutowe lub uszkodzić łopaty śmigieł. FAA określa, że wszystkie otwory po stożkach muszą być wypełnione nieskurczowym materiałem cementowym, który jest zagęszczany w celu uzyskania gęstego, trwałego wypełnienia zrównanego z otaczającą powierzchnią nawierzchni.

Zaprawa ubijana na sucho jest preferowanym materiałem do wypełniania otworów po stożkach, ponieważ:

• Ograniczona geometria uniemożliwia użycie deskowania
• Niski skurcz zapobiega oddzielaniu się wypełnienia od ścianek otworu
• Wysoka gęstość z zagęszczenia przez ubicie daje powierzchnię odporną na FOD
• Koszt materiału jest niski w przypadku małych objętości wymaganych na otwór

Naprawa wad powierzchni nawierzchni

Wady powierzchni na nawierzchniach lotniskowych, w tym wyskoki, utrata zaprawy powierzchniowej i płytkie złuszczenia, są naprawiane przy użyciu cienkowarstwowych metod naprawczych. FAA AC 150/5380-6C rozróżnia łatanie tymczasowe (przy użyciu asfaltu na zimno lub materiałów szybkowiążących do natychmiastowych potrzeb operacyjnych) i łatanie trwałe (przy użyciu materiałów cementowych, w tym zaprawy ubijanej na sucho, do napraw długoterminowych).

Trwałe naprawy przy użyciu zaprawy ubijanej na sucho są określone dla wad powierzchni, które:

• Są ograniczone do warstwy wierzchniej (głębokość mniejsza niż 2 cale)
• Mają dobrze określone granice, które można przeciąć piłą i przygotować
• Nie są spowodowane trwającymi mechanizmami deterioracji (korozja, reakcja alkaliczno-krzemionkowa, pękanie D), które uszkodziłyby nową naprawę
• Będą poddawane obciążeniom statków powietrznych w zakresie nośności zaprawy

Zapobieganie ciałom obcym (FOD)

Zapobieganie ciałom obcym (FOD) jest podstawowym czynnikiem w utrzymaniu nawierzchni lotniskowych. FAA AC 150/5380-6C stwierdza, że utrzymanie nawierzchni “jest niezbędne w … minimalizowaniu potencjału powstawania ciał obcych (FOD).” Naprawy zaprawą ubijaną na sucho, gdy są prawidłowo wykonane, dają gęstą, dobrze związaną powierzchnię, która jest odporna na wykruszanie, odpryskiwanie i utratę kruszywa pod wpływem ruchu statków powietrznych i podmuchu silników odrzutowych.

Kontrola napraw zaprawą ubijaną na sucho pod kątem ryzyka FOD obejmuje w szczególności:

• Strzępienie krawędzi, luźne cząstki na obwodzie naprawy z niepełnego zagęszczenia krawędzi
• Zużycie powierzchni, odsłonięte kruszywo lub utrata zaprawy powierzchniowej w wyniku ścierania
• Odspojenie, luźne odcinki naprawy, które mogą się przemieszczać pod wpływem ssania kół lub podmuchu silników odrzutowych
• Różnica rzędnych, podniesione krawędzie, które mogą odpryskiwać pod wpływem uderzenia kół

Minimalna określona wytrzymałość na ściskanie dla napraw lotniskowych zaprawą ubijaną na sucho wynosi zazwyczaj 21 MPa (3 000 psi) w momencie otwarcia dla ruchu, z docelową 28-dniową wytrzymałością 35 MPa (5 000 psi) dla obszarów o dużym natężeniu ruchu, takich jak strefy przyziemienia pasów startowych i skrzyżowania dróg kołowania.

Ograniczenia

Zaprawa ubijana na sucho, choć skuteczna w swoich przeznaczonych zastosowaniach, ma dobrze zdefiniowane ograniczenia, które muszą być zrozumiane przez inspektorów, inżynierów i wykonawców.

Ograniczenie małej powierzchni

Zaprawa ubijana na sucho jest ograniczona do małych obszarów napraw, zazwyczaj mniejszych niż 2 stopy kwadratowe (0,19 m²) na jedno zastosowanie. Ręczna metoda wbijania nie może skutecznie zagęszczać większych obszarów, a czas wymagany do ułożenia wielu cienkich warstw na dużym obszarze przekroczyłby czas urabialności zaprawy przed początkiem wiązania. W przypadku większych napraw bardziej odpowiednimi metodami są torkret (zaprawa nakładana pneumatycznie), beton zastępczy lub beton z preplaced kruszywem.

Ograniczenie głębokości

Maksymalna głębokość pojedynczej warstwy dla zaprawy ubijanej na sucho wynosi 2 cale (50 mm) . Głębsze naprawy wymagają wielu warstw, przy czym każda warstwa jest układana i zagęszczana przed następną. W przypadku napraw przekraczających łącznie 2 cale głębokości bardziej praktyczne są alternatywne metody, takie jak beton zastępczy (dla głębokości przekraczających 4 cale) lub torkret (dla głębokości od 2 do 6 cali w zastosowaniach pionowych).

Minimalna głębokość dla zaprawy ubijanej na sucho wynosi 1/2 cala (12,5 mm) zgodnie z Przewodnikiem Biura Rekultywacji i specyfikacjami Caltrans. Cieńsze odcinki nie mogą być prawidłowo zagęszczone i są podatne na odspojenie i pękanie krawędzi.

Wymóg zamknięcia

Zaprawa ubijana na sucho wymaga zamknięcia bocznego, aby osiągnąć prawidłowe zagęszczenie. Czynność wbijania zagęszcza zaprawę, ściskając ją o boki ubytku. Jeśli obszar naprawy nie jest zamknięty co najmniej z dwóch stron, zaprawa przesunie się bocznie podczas wbijania, zamiast się zagęszczać. Ten wymóg zamknięcia ogranicza zaprawę ubijaną na sucho do ubytków ograniczonych przez istniejący beton, stal lub deskowanie.

Pracochłonność i zależność od umiejętności

Zaprawa ubijana na sucho jest wysoce pracochłonna w porównaniu z wylewanym zaczynem lub torkretem. Pojedyncza stopa kwadratowa prawidłowo ułożonej zaprawy ubijanej na sucho wymaga około 15 do 30 minut ręcznego wbijania, w zależności od geometrii ubytku i grubości warstwy. Jakość naprawy zależy bezpośrednio od umiejętności i staranności osoby wykonującej wbijanie. Nierównomierne zagęszczenie powoduje zmienną gęstość i wytrzymałość wiązania na obszarze naprawy.

Wrażliwość na temperaturę

Układanie zaprawy ubijanej na sucho jest ograniczone do temperatur otoczenia powyżej 40°F (4°C) . Poniżej tej temperatury hydratacja cementu spowalnia do punktu, w którym zaprawa nie osiąga przyrostu wytrzymałości w rozsądnym okresie, a uszkodzenia mrozowe mogą wystąpić, jeśli zaprawa zamarznie przed osiągnięciem minimalnej wytrzymałości (zazwyczaj 3 500 psi/24 MPa zgodnie z ACI 306). W czasie upałów powyżej 90°F (32°C) zaprawa może przedwcześnie związać przed zakończeniem zagęszczania, chyba że zostaną użyte domieszki opóźniające lub zimna woda zarobowa.

Wrażliwość na wibracje i uderzenia

Naprawy zaprawą ubijaną na sucho w obszarach narażonych na wibracje o wysokiej częstotliwości (takich jak pomosty mostów, fundamenty maszyn i lądowiska dla helikopterów) wymagają zaprawy wiązanej na sucho (Metoda 2 lub 3), aby zapobiec ścieraniu na styku. Standardowa zaprawa ubijana na sucho (Metoda 1, opierająca się wyłącznie na mechanicznym zazębieniu) może ulec odspojeniu pod wpływem ciągłych wibracji. Minimalna wytrzymałość wiązania dla napraw narażonych na wibracje powinna wynosić 2,0 MPa (290 psi) zgodnie z badaniem odrywającym ASTM C1583.

Nie nadaje się do nasyconych warunków zamrażania i rozmrażania

Zaprawa ubijana na sucho, choć stosunkowo gęsta, ma wyższą przepuszczalność niż dobrze zagęszczony beton konstrukcyjny. W nasyconych warunkach zamrażania i rozmrażania, gdzie naprawa jest stale narażona na działanie wody, a temperatury przechodzą przez punkt zamarzania, naprawa może ulegać szybszej deterioracji niż otaczający beton. Zaleca się stosowanie napowietrzonej zaprawy ubijanej na sucho (z domieszką napowietrzającą) do napraw narażonych na zamrażanie i rozmrażanie, ale zawartość powietrza nie powinna przekraczać 6%, aby uniknąć nadmiernego zmniejszenia wytrzymałości.

Zależność od utwardzania

Niska zawartość wody w zaprawie ubijanej na sucho sprawia, że jest ona krytycznie zależna od prawidłowego utwardzania. Jeśli utwardzanie zostanie przerwane lub będzie nieodpowiednie, naprawa nie osiągnie projektowanej wytrzymałości i będzie podatna na pęknięcia skurczowe i odspojenie. Ta zależność od utwardzania jest bardziej dotkliwa w przypadku zaprawy ubijanej na sucho niż w przypadku konwencjonalnego betonu lub wylewanego zaczynu, ponieważ w mieszance nie ma wody rezerwowej do podtrzymania hydratacji podczas krótkich przerw w utwardzaniu.