+++ title = “Wyrzuty (Popouty) na Nawierzchniach Betonowych” description = “Wyrzut (popout) to małe stożkowe zagłębienie w powierzchni nawierzchni betonowej, zwykle o średnicy 25–50 mm, spowodowane rozszerzaniem się i wypchnięciem przypowierzchniowego ziarna kruszywa lub zanieczyszczenia. Ten wpis słownikowy obejmuje definicję, wygląd, mechanizmy przyczynowe związane z porowatym czertem, grudkami gliny, cząstkami wapna i działaniem mrozu, fizykę mechanizmu wyrzutu, różnicowanie od złuszczenia, wpływ na tarcie powierzchni i ryzyko FOD, implikacje dla nawierzchni lotniskowych, metody wykrywania, zapobieganie poprzez kontrolę jakości kruszywa oraz metody napraw zgodnie z normami FAA i ICAO.” keywords = [ “wyrzut”, “popout betonowy”, “wyrzut kruszywa”, “wyrzut czertu”, “wyrzut powierzchniowy”, “popout PCC”, “wada powierzchni betonu”, “mechanizm wyrzutu”, “wyrzut a złuszczenie”, “uszkodzenie nawierzchni betonowej”, “wada nawierzchni lotniskowej”, “wyrzut mrozowy” ] shortDescription = “Wyrzut (popout) to małe stożkowe zagłębienie w powierzchni nawierzchni betonowej, w którym przypowierzchniowe ziarno kruszywa lub zanieczyszczenie rozszerzyło się i zostało wypchnięte. Mające zwykle 25–50 mm średnicy, wyrzuty są zazwyczaj defektem kosmetycznym, ale w większych ilościach mogą wpływać na tarcie powierzchni i generować ciała obce (FOD) na nawierzchniach lotniskowych.” tags = [ “Wady Betonu”, “Uszkodzenia Nawierzchni”, “Bezpieczeństwo Lotniskowe”, “Nawierzchnia Pasa Startowego”, “Tekstura Powierzchni”, “FOD” ] glossaryTitle = “Co to jest wyrzut (popout) w nawierzchni betonowej?” glossaryDescription = “Wyrzut (popout) to wada powierzchniowa nawierzchni z betonu cementowego (PCC) charakteryzująca się małym, zazwyczaj stożkowym zagłębieniem powstałym, gdy przypowierzchniowe ziarno kruszywa lub zanieczyszczenie rozszerza się na skutek absorpcji wilgoci, zamarzania lub reakcji chemicznej i zostaje wypchnięte z powierzchni nawierzchni. Wyrzuty mają od 25 mm do 50 mm średnicy i od 10 mm do 25 mm głębokości. Okólnik FAA Advisory Circular 150/5380-6B definiuje wyrzut jako mały kawałek nawierzchni, który odłamał się z powierzchni betonu, klasyfikując go jako uszkodzenie typu dezintegracyjnego. Same wyrzuty zwykle nie wpływają na funkcjonalność nawierzchni, ale podręcznik FAA PASER wskazuje, że może dojść do uszkodzenia statków powietrznych przez odłamki. ICAO Annex 14 wymaga, aby powierzchnia stref ruchu była wolna od wad mogących wpływać na bezpieczne operacje lotnicze.” showCTA = true ctaHeading = “Utrzymuj Bezpieczne Nawierzchnie Pasów Startowych” ctaDescription = “Zapobiegaj i zarządzaj wyrzutami betonu na nawierzchniach lotniskowych poprzez właściwą kontrolę jakości kruszywa, badanie materiałów i monitorowanie stanu. Zapewnij bezpieczne operacje lotnicze i wydłuż żywotność nawierzchni.” ctaPrimaryText = “Skontaktuj się z nami” ctaPrimaryURL = “/contact/” ctaSecondaryText = “Umów Demo” ctaSecondaryURL = “/demo/” date = “2026-06-17 22:18:11”

[[faq]] question = “Co to jest wyrzut (popout) w nawierzchni betonowej?” answer = “Wyrzut (popout) to małe stożkowe zagłębienie w powierzchni nawierzchni betonowej, w którym przypowierzchniowe ziarno kruszywa lub zanieczyszczenie obce rozszerzyło się na skutek absorpcji wilgoci, działania mrozu lub reakcji chemicznej i zostało wypchnięte z powierzchni. Wyrzuty mają zazwyczaj od 25 do 50 mm średnicy i od 10 do 25 mm głębokości. Okólnik FAA Advisory Circular 150/5380-6B definiuje wyrzut jako mały kawałek nawierzchni, który odłamał się z powierzchni betonu. Wyrzuty są klasyfikowane jako uszkodzenie typu dezintegracyjnego zgodnie z ASTM D5340. Podręcznik FAA PASER dla betonowych nawierzchni lotniskowych opisuje wyrzuty jako pojedyncze kawałki dużego kruszywa, które mogą wypadać z powierzchni, często spowodowane przez czert lub inne chłonne kruszywa, które ulegają degradacji w warunkach zamrażania i rozmrażania.”

[[faq]] question = “Co powoduje wyrzuty w nawierzchni betonowej?” answer = “Wyrzuty są spowodowane rozszerzaniem się przypowierzchniowych ziaren kruszywa lub zanieczyszczeń, które są nietrwałe, porowate lub chemicznie reaktywne. Główne przyczyny obejmują: (1) porowate kruszywo czertowe, które absorbuje wilgoć i rozszerza się podczas cykli zamrażania i rozmrażania; (2) grudki gliny i kruche cząstki, które pęcznieją po zwilżeniu; (3) cząstki wapna lub nietrwały wapień, które ulegają hydratacji i rozszerzają się; (4) cząstki węgla lub lignitu, które absorbują wodę i pęcznieją; (5) reakcja alkaliczno-krzemionkowa (ASR) reaktywnego kruszywa w pobliżu powierzchni; (6) cząstki pirytu lub siarczku żelaza, które utleniają się i rozszerzają; oraz (7) mroźne kruszywo, które przekracza krytyczne nasycenie. Broszura techniczna FHWA HIF-15-013 identyfikuje czert o niskiej gęstości jako główny materiał powodujący wyrzuty, a ASTM C 33 ogranicza jego zawartość w kruszywach betonowych.”

[[faq]] question = “Jaka jest różnica między wyrzutem a złuszczeniem (scaling) w betonie?” answer = “Wyrzuty i złuszczenie to odrębne wady powierzchni betonu o różnych mechanizmach i wyglądzie. Wyrzut to zlokalizowane, izolowane stożkowe zagłębienie spowodowane rozszerzeniem i wypchnięciem pojedynczego ziarna kruszywa lub zanieczyszczenia w pobliżu powierzchni. Zagłębienie ma kształt stożka z wierzchołkiem skierowanym w dół, a w kraterze widoczne są zwykle pozostałości spękanego kruszywa. Złuszczenie natomiast to rozległa utrata warstwy zaprawy powierzchniowej na dużym obszarze, stopniowo odsłaniająca drobne, a następnie grube kruszywo. Złuszczenie wynika z uszkodzenia mrożowego samego zaczynu cementowego z powodu niewystarczającego napowietrzenia, nieprawidłowego wykończenia lub działania soli odladzających. Wyrzuty dotyczą pojedynczych ziaren, podczas gdy złuszczenie wpływa na całą matrycę zaprawy powierzchniowej. Podręcznik FAA PASER traktuje je jako odrębne kategorie uszkodzeń.”

[[faq]] question = “Jak naprawia się wyrzuty w nawierzchni betonowej?” answer = “Wyrzuty są zazwyczaj uważane za defekty kosmetyczne, które nie wymagają indywidualnej naprawy. Okólnik FAA Advisory Circular 150/5380-6B wskazuje, że same wyrzuty zwykle nie wpływają na funkcjonalność nawierzchni. Dla pojedynczych wyrzutów naprawa nie jest konieczna. W przypadku nawierzchni z licznymi wyrzutami wpływającymi na teksturę powierzchni lub stwarzającymi ryzyko FOD, FAA zaleca: (1) łatkowanie na częściową głębokość mocno dotkniętych obszarów przy użyciu wysokiej jakości betonu cementowego portlandzkiego lub szybkowiążącej mieszanki naprawczej; (2) diamentowe szlifowanie powierzchni w celu usunięcia nierówności i odsłonięcia zdrowego kruszywa; (3) w ciężkich przypadkach zastosowanie cienkiej nakładki związanej z podłożem; lub (4) wymianę płyty, gdy problem jest rozległy, a beton ma niewystarczającą pozostałą żywotność. Dodatek C FAA AC 150/5380-6B zawiera typowy szczegół naprawy wyrw po wyrzutach.”

[[faq]] question = “Jak można zapobiegać wyrzutom betonu?” answer = “Zapobieganie wyrzutom polega przede wszystkim na kontroli jakości kruszyw betonowych. Kluczowe środki zapobiegawcze obejmują: (1) badanie odporności kruszywa grubego metodą ASTM C 88 (badanie odporności z użyciem siarczanu sodu lub magnezu); (2) ograniczanie zawartości czertu o niskiej gęstości zgodnie z ASTM C 33; (3) kontrolowanie zawartości grudek gliny i kruchych cząstek w kruszywach; (4) stosowanie betonu napowietrzonego z odpowiednim współczynnikiem rozstawu pęcherzyków powietrza (maksymalnie 0,008 cala zgodnie z ASTM C 457); (5) przeprowadzanie badań trwałości mrożowej źródeł kruszywa; (6) unikanie lub wzbogacanie kruszyw o znanej złej wydajności terenowej; (7) utrzymywanie niskiego stosunku wody do materiałów wiążących (maksymalnie 0,45) w celu zmniejszenia przepuszczalności betonu; oraz (8) zapewnienie odpowiedniego dojrzewania betonu w celu wytworzenia gęstej, nieprzepuszczalnej warstwy zaprawy powierzchniowej, która prawidłowo otacza przypowierzchniowe ziarna kruszywa.”

[[faq]] question = “Jak wyrzuty wpływają na operacje lotniskowe na lotniskach?” answer = “Na nawierzchniach lotniskowych pojedyncze wyrzuty są zazwyczaj defektem kosmetycznym i nie wpływają na operacje lotnicze. Jednak liczne wyrzuty skoncentrowane w obszarach kół mogą: (1) chropowacić powierzchnię nawierzchni, potencjalnie wpływając na właściwości cierne mierzone przez ciągłe urządzenia pomiaru tarcia (CFME) zgodnie z ASTM E274 lub ICAO Aerodrome Design Manual Part 2; (2) generować luźne fragmenty kruszywa, które stają się ciałami obcymi (FOD), stwarzając zagrożenie wessania do silników lotniczych i ryzyko uszkodzenia opon; (3) zatrzymywać wodę i zmniejszać efektywność drenażu powierzchniowego; oraz (4) wskazywać na szersze problemy z jakością materiału w mieszance betonowej, które mogą prowadzić do poważniejszej degradacji. FAA AC 150/5380-6C wymaga, aby operatorzy lotnisk monitorowali i zarządzali wadami powierzchni w ramach programu zarządzania nawierzchnią, utrzymując powierzchnie stref ruchu wolne od zagrożeń FOD. +++

Co to jest wyrzut (popout) w nawierzchni betonowej?

Wyrzut (ang. popout, zwany także wyrzutem kruszywa, wyrzutem powierzchniowym, wyrzutem czertu lub pop-out) to małe, zazwyczaj stożkowe zagłębienie utworzone w powierzchni nawierzchni z betonu cementowego portlandzkiego (PCC), gdy przypowierzchniowe ziarno kruszywa lub zanieczyszczenie obce rozszerza się na skutek absorpcji wilgoci, działania mrozu lub reakcji chemicznej i zostaje siłowo wypchnięte z powierzchni nawierzchni. Wyrzuty są klasyfikowane zgodnie z ASTM D5340 (Standardowa metoda badania wskaźnika stanu nawierzchni lotniskowej) jako uszkodzenie typu dezintegracyjnego — jedna z trzech głównych kategorii uszkodzeń nawierzchni PCC obok pękania i odkształceń.

Okólnik FAA Advisory Circular 150/5380-6B (Wytyczne i procedury utrzymania nawierzchni lotniskowych) definiuje wyrzut jako „mały kawałek nawierzchni, który odłamuje się z powierzchni betonu”. Podręcznik FAA PASER dla betonowych nawierzchni lotniskowych (AC 150/5320-17A Dodatek B) opisuje wyrzuty bardziej precyzyjnie: „Pojedyncze kawałki dużego kruszywa mogą wypadać z powierzchni. Jest to często spowodowane przez czert lub inne chłonne kruszywa, które ulegają degradacji w warunkach zamrażania i rozmrażania”.

Wyrzuty mierzą typowo od 25 do 50 mm (1 do 2 cali) średnicy i od 10 do 25 mm (3/8 do 1 cala) głębokości. Zagłębienie ma charakterystycznie kształt stożka z wierzchołkiem skierowanym w dół nawierzchni, co odzwierciedla ścieżkę propagacji pęknięcia podążającą wzdłuż najsłabszej płaszczyzny promieniującej od rozszerzającej się cząstki. W kraterze widoczne są zazwyczaj spękane pozostałości nietrwałego ziarna kruszywa. Stożkowa powierzchnia pęknięcia odróżnia wyrzuty od innych zagłębień powierzchniowych, takich jak wyrwy, które mają bardziej nieregularną geometrię.

Broszura techniczna FHWA HIF-15-013 (Uszkodzenia związane z materiałami: Kruszywa) zauważa, że wyrzuty są szczególnie związane z kruszywem czertowym o niskiej gęstości, które jest ograniczane przez ASTM C 33 (Standardowa specyfikacja dla kruszyw betonowych) ze względu na ich skłonność do powodowania wyrzutów na powierzchni płyt na gruncie. Podczas gdy pojedynczy, izolowany wyrzut jest zazwyczaj defektem kosmetycznym i nie wpływa na funkcjonalność nawierzchni, liczne wyrzuty skoncentrowane w obszarach kół mogą chropowacić powierzchnię, zmniejszać właściwości cierne i generować ciała obce (FOD) stanowiące zagrożenie wessania i uszkodzenia opon dla statków powietrznych operujących na nawierzchniach lotniskowych.

Wygląd i identyfikacja

Wizualna identyfikacja wyrzutów podczas przeglądów stanu nawierzchni odbywa się według określonych kryteriów ustanowionych przez ASTM D5340 i system FAA PASER. Wyszkolony inspektor nawierzchni identyfikuje wyrzuty na podstawie następujących cech charakterystycznych:

Wygląd fizyczny. Wyrzut pojawia się jako mały, w przybliżeniu okrągły lub owalny krater na powierzchni nawierzchni. Ściany krateru opadają skośnie do wewnątrz w kierunku centralnego najniższego punktu, tworząc kształt stożka. Wewnętrzna powierzchnia krateru wykazuje spękany materiał kruszywa — zazwyczaj jaśniejszy niż otaczająca matryca betonowa — stanowiący pozostałości po oryginalnym ziarnie kruszywa. Krawędź krateru jest zazwyczaj ostra i dobrze zdefiniowana, choć może wykazywać niewielkie wykruszenia na obrzeżu, jeśli wyrzut wystąpił jakiś czas temu i był poddawany ścieraniu przez ruch.

Zakres rozmiarów. Podręcznik FAA PASER określa wyrzuty jako typowo o średnicy od 25 do 50 mm, choć niektóre mogą mieć rozmiar od 10 mm (wyrzuty drobnego kruszywa) do 100 mm (bardzo duże ziarna kruszywa grubego lub skupiska materiału reaktywnego). Głębokość jest generalnie proporcjonalna do średnicy i wynosi od około jednej trzeciej do połowy średnicy krateru.

Wzór rozmieszczenia. Wyrzuty mogą występować w trzech odrębnych wzorach rozmieszczenia:

Powiązane cechy uszkodzeń. W niektórych przypadkach wyrzutom może towarzyszyć ciemne odbarwienie wokół krateru, szczególnie gdy wyrzut jest spowodowany reakcją alkaliczno-krzemionkową (ASR), gdzie żel reakcyjny wydostaje się ze spękanego kruszywa. W betonie dotkniętym ASR wokół wyrzutów może rozwinąć się drobna siatka spękań (spękania mapowe). Gdy wyrzuty są wynikiem degradacji mrożowej kruszywa, otaczający beton może w bardziej zaawansowanych przypadkach wykazywać oznaki spękań D na spoinach i pęknięciach.

Potwierdzenie poprzez odwierty rdzeniowe. Ostateczna identyfikacja wyrzutów i ustalenie mechanizmu sprawczego często wymaga pobrania rdzenia betonowego przez reprezentatywny wyrzut. Badanie laboratoryjne rdzenia (zgodnie z ASTM C 856, Standardowa praktyka badań petrograficznych stwardniałego betonu) ujawnia:

• Pozostałości nietrwałego ziarna kruszywa wciąż częściowo osadzone w matrycy betonowej poniżej dna krateru
• Wzór pękania przez kruszywo i otaczający zaczyn cementowy
• Dowody mechanizmu zniszczenia (uszkodzenie mrożowe, żel ASR, pęcznienie gliny itp.)
• Głębokość zniszczenia poniżej dna krateru
• Stan ziaren kruszywa na większych głębokościach w płycie

Przewodnik oceny i rozwiązywania problemów uszkodzeń nawierzchni betonowej (Iowa State University, 2019) zaleca, aby stopień nasilenia wyrzutów oceniać w trzech poziomach: Niski (pojedyncze wyrzuty, mniej niż 5 na metr kwadratowy), Średni (częste wyrzuty, 5 do 15 na metr kwadratowy, głębokość krateru mniejsza niż 15 mm) oraz Wysoki (liczne wyrzuty przekraczające 15 na metr kwadratowy, głębokość krateru większa niż 15 mm lub obserwowane generowanie odłamków).

Przyczyny powstawania wyrzutów

Wyrzuty są spowodowane rozszerzaniem się przypowierzchniowych ziaren kruszywa lub zanieczyszczeń, które są nietrwałe, porowate lub chemicznie reaktywne w matrycy betonowej. Rozszerzanie generuje naprężenia rozciągające w otaczającym zaczynie cementowym wokół cząstki, które ostatecznie przekraczają wytrzymałość betonu na rozciąganie, powodując pęknięcie i wypchnięcie cząstki. Materiały i mechanizmy sprawcze są różnorodne.

Porowate kruszywo czertowe

Czert to krzemionkowa skała osadowa złożona z mikrokrystalicznego lub kryptokrystalicznego kwarcu, często występująca w postaci konkrecji lub soczewek w złożach wapienia. Niektóre odmiany czertu są wysoce porowate i chłonne, o wartościach nasiąkliwości przekraczających 5% wagowo — znacznie powyżej typowej nasiąkliwości 1–2% zdrowych kruszyw betonowych. Raport National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) nr 12 (Identyfikacja kruszyw powodujących słabe właściwości betonu podczas zamarzania) udokumentował, że cząstki czertu o wysokiej porowatości należą do najbardziej szkodliwych składników kruszywa w betonie narażonym na działanie mrozu.

Mechanizm, w którym czert powoduje wyrzuty, obejmuje stopniową absorpcję wilgoci. Gdy porowate ziarno czertu znajduje się w odległości do 25 mm od powierzchni nawierzchni, jest narażone na cykliczne zwilżanie i suszenie z opadów deszczu, topniejącego śniegu, kondensacji i spływu powierzchniowego. W okresach wilgotnych ziarno czertu absorbuje wodę do swojej struktury porów poprzez działanie kapilarne. Gdy temperatura spada poniżej zera, zaabsorbowana woda rozszerza się o około 9% objętościowo podczas przejścia w lód. Ciśnienie rozszerzania w ograniczonej strukturze porów ziarna czertu generuje naprężenia rozciągające promieniujące na zewnątrz do otaczającej matrycy zaczynu cementowego.

Program badawczy zamrażania i rozmrażania University of Kentucky wykazał, że cząstki czertu o rozmiarach porów w pośrednim zakresie (0,04 do 0,20 μm) są najmniej trwałe, ponieważ napięcie powierzchniowe między wodą a powierzchniami porów ogranicza ruch wody z kruszywa podczas zamarzania, uniemożliwiając redukcję ciśnienia hydraulicznego. Krytyczny stopień nasycenia dla wyrzutów wywołanych czertem — próg wilgotności, powyżej którego zamarzanie powoduje pękanie cząstki — wynosi zazwyczaj około 80 do 85% całkowitej objętości porów cząstki.

ASTM C 33 ogranicza dopuszczalną zawartość czertu o niskiej gęstości (cząstki o ciężarze właściwym poniżej 2,40) w kruszywach betonowych do maksymalnie 3% wagowo w przypadku betonu narażonego na działanie warunków atmosferycznych (Tabela 4). Niektóre stanowe agencje drogowe nakładają jeszcze bardziej rygorystyczne limity. Iowa Department of Transportation ogranicza na przykład czert o niskiej gęstości do maksymalnie 1,5% w kruszywie grubym do nawierzchni betonowych ze względu na udokumentowany związek między zawartością czertu a częstotliwością występowania wyrzutów zaobserwowaną w sieci drogowej Iowa.

Grudki gliny i kruche cząstki

Grudki gliny i kruche cząstki to materiały występujące w kruszywach betonowych, składające się z minerałów ilastych (kaolinit, illit, montmorylonit lub gliny mieszanowarstwowe) lub słabo scementowanych materiałów osadowych. Cząstki te są szczególnie problematyczne, ponieważ minerały ilaste znacznie pęcznieją po zwilżeniu — gliny montmorylonitowe mogą zwiększać objętość o 100 do 300% po absorpcji wilgoci — i kurczą się podczas suszenia. To cykliczne pęcznienie i kurczenie się w pobliżu powierzchni betonu generuje naprężenia wewnętrzne, które spękaniają otaczający zaczyn i wypychają cząstkę.

ASTM C 33 ogranicza grudki gliny i kruche cząstki w kruszywie grubym do maksymalnie 3% wagowo w przypadku betonu narażonego na działanie warunków atmosferycznych. Dla kruszywa drobnego limit wynosi 3%. Broszura techniczna FHWA HIF-15-013 stwierdza: „Grudki gliny i kruche cząstki są kontrolowane, ponieważ nadmierne ilości znacznie zwiększą zapotrzebowanie na wodę w mieszance ze względu na ich dużą powierzchnię właściwą i nasilają rozszerzanie w obecności wody. Mogą również zmniejszać wytrzymałość na zginanie”.

Wykrywanie grudek gliny w produkcji kruszywa wymaga starannej inspekcji wizualnej w kamieniołomie lub zakładzie przeróbczym. Niektóre grudki gliny trudno odróżnić od zdrowych ziaren kruszywa, dopóki nie zostaną zwilżone i nie zaczną mięknąć lub rozpadać się. Metoda badawcza ASTM C 142 (Standardowa metoda badania grudek gliny i kruchych cząstek w kruszywach) polega na zanurzeniu próbki kruszywa w wodzie na 24 godziny, a następnie mechanicznym mieszaniu w celu rozbicia miękkich cząstek, które następnie są przepłukiwane przez zestaw sit w celu określenia ilości grudek gliny.

Cząstki wapna i nietrwały wapień

Nietrwałe cząstki wapienia — szczególnie te zawierające znaczne ilości dolomitu (węglan wapnia i magnezu) — mogą powodować wyrzuty poprzez dwa odrębne mechanizmy.

Pierwszy mechanizm polega na hydratacji wolnego wapna (tlenek wapnia, CaO) obecnego jako zanieczyszczenie w niektórych kruszywach z kruszonego wapienia. Cząstki wolnego wapna, wystawione na działanie wilgoci z betonu lub ze źródeł środowiskowych, ulegają hydratacji tworząc wodorotlenek wapnia [Ca(OH)₂], reakcji tej towarzyszy wzrost objętości o około 30 do 40 procent. Siła rozszerzania generowana przez tę reakcję hydratacji w ograniczonej, przypowierzchniowej cząstce powoduje pękanie rozciągające betonu nad nią, tworząc charakterystyczny stożkowy wyrzut.

Drugi mechanizm obejmuje dolomityczne kruszywa wapienne, które ulegają reakcji dedolomityzacji — reakcji alkaliczno-węglanowej podobnej koncepcyjnie do reakcji alkaliczno-krzemionkowej, ale dotyczącej dolomitu zamiast krzemionki. Reakcja ta produkuje brucyt [Mg(OH)₂] i kalcyt [CaCO₃], czemu towarzyszy rozszerzanie mogące powodować wyrzuty na powierzchni. Mechanizm ten jest rzadszy niż wyrzuty wywołane czertem, ale został udokumentowany w nawierzchniach wykonanych z niektórych źródeł wapienia w środkowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych i Ontario w Kanadzie.

Degradacja mrożowa kruszywa

Degradacja mrożowa kruszyw betonowych jest najpowszechniejszą przyczyną wyrzutów w nawierzchniach położonych w regionach o zimnym klimacie. Podstawowy mechanizm obejmuje absorpcję wody do struktury porów ziarna kruszywa, a następnie zamarzanie tej wody, gdy temperatura spada poniżej 0 °C. Czynniki wpływające na podatność na wyrzuty mrożowe są dobrze udokumentowane:

Test wskaźnika porów Iowa (Iowa Pore Index) został opracowany specjalnie w celu powiązania trwałości mrożowej z względnym rozmiarem i ilością porów kapilarnych w ziarnach kruszywa. Test mierzy objętość wody wtłaczanej do próbki pod wysokim ciśnieniem w ciągu 15 minut. Kruszywa o wysokich wartościach Iowa Pore Index (większych niż 80 mL na 1000 g próbki) są uważane za podatne na degradację mrożową i powstawanie wyrzutów.

Badania ScienceDirect dotyczące trwałości mrożowej kruszyw betonowych podsumowują: „Zamrażanie i rozmrażanie betonu może powodować pękanie równoległe do wystawionej powierzchni, powierzchniowe „wyrzuty”, „pękanie trwałościowe” (lub „D-cracking”), powierzchniowe złuszczanie i ogólną dezintegrację”. Relacja między trzema typami uszkodzeń mrożowych — wyrzutami, pękaniem D i złuszczeniem — jest kwestią skali i lokalizacji w strukturze nawierzchni. Wyrzuty dotyczą przypowierzchniowych ziaren kruszywa, pękanie D dotyczy ziaren kruszywa na całej głębokości płyty (szczególnie w dolnej części), a złuszczenie dotyczy matrycy zaczynu cementowego, a nie kruszywa.

Inne materiały przyczyniające się

Cząstki węgla i lignitu obecne w kruszywach betonowych mogą powodować wyrzuty, gdy absorbują wodę i pęcznieją. ASTM C 33 ogranicza zawartość węgla i lignitu w kruszywie drobnym do maksymalnie 1,0% wagowo w przypadku wykończenia powierzchni betonu. Broszura techniczna FHWA zauważa, że „węgiel i lignit są niepożądane ze względu na ich wpływ na zapotrzebowanie na wodę oraz ryzyko wyrzutów i plamienia”.

Cząstki pirytu (siarczek żelaza) w kruszywach mogą utleniać się w obecności wilgoci i tlenu, tworząc kwas siarkowy i wodorotlenek żelaza — reakcji towarzyszy znaczne zwiększenie objętości (do 200% w skrajnych przypadkach). Rozszerzanie powoduje zlokalizowane pękanie otaczającego betonu i wypchnięcie cząstki. Wyrzuty wywołane pirytem są stosunkowo rzadkie, ale zostały udokumentowane w nawierzchniach z kruszywem z niektórych formacji geologicznych w regionie Appalachów.

Zanieczyszczenia organiczne, takie jak fragmenty drewna, korzenie lub materia roślinna, mogą rozkładać się w betonie, pozostawiając puste przestrzenie osłabiające strefę powierzchniową i ułatwiając utratę kruszywa. Zanieczyszczenia te są kontrolowane przez limity ASTM C 33 dotyczące zanieczyszczeń organicznych w kruszywie drobnym (kolorymetryczny test ASTM C 40).

Mechanizm powstawania wyrzutu

Fizyczny mechanizm powstawania wyrzutu obejmuje sekwencję odrębnych zdarzeń, które zachodzą w miarę rozszerzania się cząstki sprawczej i oporu otaczającej matrycy betonowej wobec sił rozszerzania.

Etap 1 — Wnikanie wilgoci. Nietrwałe ziarno kruszywa, znajdujące się w odległości około 25 mm od powierzchni nawierzchni, absorbuje wilgoć z opadów atmosferycznych, kondensacji lub podciągania kapilarnego z podłoża. Porowate kruszywa z połączonymi sieciami porów absorbują wilgoć szybciej i do wyższego stopnia nasycenia niż gęste, dobrze scementowane kruszywa. Szybkość wnikania wilgoci zależy od przepuszczalności pokrywającego zaczynu cementowego — gęsta, dobrze dojrzewająca powierzchnia betonu o niskiej przepuszczalności spowalnia migrację wilgoci do kruszywa, podczas gdy porowata, słabo dojrzewająca powierzchnia ją przyspiesza.

Etap 2 — Początek rozszerzania. Gdy zawartość wilgoci w ziarnie kruszywa osiągnie próg krytyczny — około 80 do 85% nasycenia w przypadku mechanizmów mrożowych lub po początkowym zwilżeniu w przypadku mechanizmów pęcznienia gliny — cząstka zaczyna się rozszerzać. W przypadku wyrzutów mrożowych rozszerzanie jest wyzwalane, gdy temperatura spada poniżej 0 °C, a zaabsorbowana woda zamarza. W przypadku wyrzutów związanych z gliną rozszerzanie zaczyna się natychmiast po absorpcji wilgoci i trwa w miarę jak struktura minerału ilastego adsorbuje cząsteczki wody między swoimi warstwami sieci krystalicznej.

Etap 3 — Generowanie naprężeń. Rozszerzające się ziarno kruszywa jest ograniczane przez otaczającą matrycę zaczynu cementowego. Rozszerzanie generuje promieniowe naprężenia rozciągające w zaczynie wokół cząstki. Wielkość naprężenia rozciągającego jest określana przez:

σₜ = P × (r / r₀)

gdzie σₜ to promieniowe naprężenie rozciągające w odległości r od środka cząstki, P to ciśnienie rozszerzania generowane przez cząstkę, a r₀ to promień cząstki. Maksymalne naprężenie rozciągające występuje na styku cząstki i zaczynu cementowego, bezpośrednio przy powierzchni cząstki.

W przypadku wyrzutów mrożowych ciśnienie rozszerzania generowane przez tworzenie się lodu zależy od objętości wody, która zamarza, i stopnia ograniczenia. W w pełni nasyconym systemie porów 9-procentowe rozszerzenie objętościowe wody podczas zamarzania generuje ciśnienia od 10 do 30 MPa (1500 do 4500 psi) w ograniczonej strukturze porów — ciśnienia znacznie przekraczające wytrzymałość betonu na rozciąganie (zwykle 2 do 5 MPa lub 300 do 700 psi).

Etap 4 — Inicjacja pęknięcia. Gdy promieniowe naprężenie rozciągające przekroczy wytrzymałość zaczynu cementowego na rozciąganie, pęknięcie inicjuje się na styku kruszywa i zaczynu w punkcie największej koncentracji naprężeń. Pęknięcie to występuje zwykle po stronie cząstki najbliższej powierzchni nawierzchni, gdzie grubość otuliny (grubość zaczynu cementowego nad cząstką) jest minimalna i stawia najmniejszy opór propagacji w górę.

Etap 5 — Propagacja pęknięcia. Początkowe pęknięcie propaguje się w górę w kierunku powierzchni nawierzchni wzdłuż stożkowej płaszczyzny pękania — geometrii wynikającej z połączenia rozkładu naprężeń rozciągających i ścieżki najmniejszego oporu przez najcieńszy przekrój materiału nad leżącego. Stożkowy kształt odzwierciedla podstawowe mechanizmy pękania kruchego przy ograniczonym rozszerzaniu: pęknięcie propaguje się pod kątem około 45 stopni od osi pionowej, tworząc charakterystyczną morfologię stożka.

Etap 6 — Wypchnięcie. Gdy pęknięcie dotrze do powierzchni nawierzchni, nadległy korek materiału betonowego — składający się z pokruszonych fragmentów ziarna kruszywa i pokrywającego zaczynu cementowego — jest siłowo wyrzucany z powierzchni, pozostawiając stożkowy krater. Wyrzucony materiał może pozostać częściowo przymocowany na obwodzie krateru lub zostać całkowicie usunięty przez ruch, wiatr lub wodę.

Etap 7 — Stan po wyrzucie. Po wypchnięciu dno krateru składa się z pozostałej dolnej części spękanego ziarna kruszywa wciąż osadzonego w matrycy betonowej poniżej. Ten pozostały materiał może nadal ulegać degradacji poprzez ciągłe narażenie na wilgoć i zamarzanie, potencjalnie prowadząc do powiększania krateru w kolejnych cyklach zamrażania i rozmrażania. W przypadku wyrzutów związanych z ASR wystawiona powierzchnia kruszywa może nadal reagować z wodorotlenkami alkalicznymi z otaczającego zaczynu, wytwarzając dodatkowy żel wydostający się do krateru.

Cały mechanizm — od początkowego wnikania wilgoci do ostatecznego wypchnięcia — może wystąpić w ciągu jednego cyklu zamrażania i rozmrażania w przypadku najbardziej podatnych kruszyw (np. wysoce porowatych ziaren czertu przy krytycznym nasyceniu) lub może rozwijać się przez wiele cykli sezonowych w przypadku mniej podatnych materiałów.

Wyrzut a złuszczenie (scaling)

Rozróżnienie między wyrzutami a złuszczeniem jest kluczowe dla prawidłowej oceny stanu nawierzchni i odpowiedniego doboru działań utrzymaniowych. Chociaż oba są klasyfikowane jako wady powierzchniowej dezintegracji w nawierzchniach PCC, mają one zasadniczo różne mechanizmy, wygląd, przyczyny i implikacje.

Wyrzuty to zlokalizowane, punktowe wady spowodowane rozszerzaniem i wypychaniem pojedynczych ziaren kruszywa lub zanieczyszczeń. Wadę charakteryzuje stożkowy krater z widocznymi na dnie spękanymi pozostałościami kruszywa. Otaczająca powierzchnia betonu między wyrzutami pozostaje zdrowa i nienaruszona. Wyrzuty wskazują na problem z jakością kruszywa — obecność nietrwałych, porowatych lub chemicznie reaktywnych cząstek w mieszance betonowej — ale niekoniecznie oznaczają problem z matrycą zaczynu cementowego lub ogólną jakością betonu.

Złuszczenie (scaling) natomiast to rozległe powierzchniowe zniszczenie charakteryzujące się postępującą utratą warstwy zaprawy powierzchniowej na dużym obszarze. Podręcznik FAA PASER opisuje złuszczenie jako „powierzchniowe zniszczenie powodujące utratę drobnego kruszywa i zaprawy. Bardziej rozległe złuszczenie może skutkować utratą dużego kruszywa”. Złuszczenie powoduje ogólne chropowacenie i dziurkowanie powierzchni, z odsłoniętymi ziarnami kruszywa, które są zdrowe i nienaruszone — nie zostały spękane ani rozszerzone, ale matryca zaprawy je utrzymująca uległa degradacji i uwolniła je.

Przewodnik oceny i rozwiązywania problemów uszkodzeń nawierzchni betonowej (Iowa State University, 2019) zawiera jasne wytyczne różnicowania: „Wyrzuty odróżnia się od powierzchniowego złuszczenia poprzez obecność stożkowego pęknięcia przez ziarno kruszywa. Powierzchnie złuszczone wykazują ziarna kruszywa, które są nienaruszone i odsłonięte przez utratę otaczającej zaprawy, a nie spękane przez rozszerzanie wewnętrzne”.

Referencja techniczna CMC Concrete dotycząca uszkodzeń powierzchni dalej rozróżnia trzy powiązane, ale odrębne stany powierzchni: złuszczenie (utrata oryginalnej wykończonej powierzchni powodująca odsłonięcie leżącej pod spodem zaprawy i kruszywa), odspojenie zaprawy (utrata cienkiej powierzchniowej warstwy zaprawy nad przypowierzchniowymi ziarnami kruszywa, które pozostają zdrowe) oraz wyrzut kruszywa (nietrwałe kruszywo samo ulega spękaniu i zostaje wypchnięte). W przypadku odspojenia zaprawy odsłonięte ziarna kruszywa są zdrowe — utracona została tylko pokrywająca zaprawa. W przypadku wyrzutów samo kruszywo jest nietrwałe — rozszerzyło się i spękało.

Rozróżnienie to ma bezpośrednie implikacje dla decyzji zarządzania nawierzchnią. Nawierzchnia z rozproszonymi wyrzutami, ale poza tym zdrowym betonem, zazwyczaj nie wymaga działań naprawczych poza monitorowaniem. Nawierzchnia z aktywnym złuszczeniem wymaga zbadania przyczyny (brak napowietrzenia, uszkodzenie solą odladzającą, problemy z wykończeniem) i prawdopodobnie interwencji w celu zapobieżenia progresji do poważniejszych uszkodzeń.

Wpływ na powierzchnię

Podczas gdy pojedyncze wyrzuty są generalnie defektem kosmetycznym i nie wpływają znacząco na działanie nawierzchni, rozległy rozwój wyrzutów na powierzchni nawierzchni może mieć mierzalny wpływ na charakterystykę powierzchni i bezpieczeństwo operacyjne.

Wpływ na tarcie powierzchni

Zależność między wyrzutami a tarciem powierzchni (odpornością na poślizg) jest złożona i zależy od gęstości, rozmieszczenia i morfologii kraterów wyrzutów. W małych ilościach wyrzuty mogą nie mieć mierzalnego wpływu na tarcie. W większych ilościach efekty mogą być korzystne lub szkodliwe w zależności od kontekstu.

Efekt pozytywny: Kratery wyrzutów tworzą mikroteksturę i makroteksturę na powierzchni nawierzchni poprzez odsłonięcie spękanych powierzchni kruszywa (które mają wyższą mikroteksturę niż wypolerowane, zużyte powierzchnie) oraz poprzez tworzenie małych zagłębień przyczyniających się do makrotekstury. Badania nad tarciem nawierzchni betonowych wykazały, że powierzchnie z kontrolowanymi cechami tekstury w zakresie głębokości od 0,5 do 5 mm mogą zapewniać poprawione właściwości cierne w porównaniu z gładkimi lub wypolerowanymi powierzchniami. Małe kratery tworzą dodatkowe nieciągłości krawędzi, które pomagają przełamywać warstwę wody w mokrych warunkach, potencjalnie zmniejszając ryzyko akwaplanacji przy prędkościach operacyjnych statków powietrznych.

Efekt negatywny: W skrajnych przypadkach, gdy wyrzutów jest tak wiele, że powierzchnia staje się dziobata lub plastra miodu, utrata powierzchni w kontakcie z oponami pojazdu może zmniejszyć efektywne tarcie. Przewodnik Iowa State zauważa, że „same wyrzuty zwykle nie wpływają na funkcjonalność nawierzchni”, ale dotyczy to umiarkowanej gęstości wyrzutów. Gdy gęstość wyrzutów przekracza około 20 do 30 na metr kwadratowy, powierzchnia zaczyna tracić wystarczającą powierzchnię kontaktu dla efektywnej interakcji opona-nawierzchnia.

Okólnik FAA Advisory Circular 150/5320-12C (Pomiar, budowa i utrzymanie przeciwpoślizgowych nawierzchni lotniskowych) wymaga, aby nawierzchnie pasów startowych utrzymywały minimalne poziomy tarcia mierzone za pomocą ciągłych urządzeń pomiaru tarcia (CFME). Chociaż wyrzuty nie są konkretnie uwzględniane w kryteriach tarcia, rozległe zniszczenie powierzchni z jakiejkolwiek przyczyny skutkujące wartościami tarcia poniżej minimalnego poziomu tarcia (MFL) lub planowanego poziomu tarcia (PFL) dla kategorii pasa startowego wymaga działań naprawczych.

Wpływ na wygląd i komfort jazdy

Wyrzuty tworzą wizualną niedoskonałość powierzchni, która, choć głównie kosmetyczna, może wpływać na postrzeganie jakości nawierzchni przez operatorów lotnisk i inspektorów nadzoru. Nawierzchnia z rozległymi wyrzutami może otrzymać niższą ocenę w systemie oceny stanu FAA PASER, nawet jeśli podstawowa nośność konstrukcyjna nie jest naruszona. System PASER przypisuje oceny od 5 (Doskonały) do 1 (Niesprawny), a nawierzchnia z rozległymi wyrzutami byłaby zazwyczaj oceniana w dolnej części skali dla stanu powierzchni.

Komfort jazdy mierzony Międzynarodowym Wskaźnikiem Równości (IRI) jest generalnie niezmieniony przez wyrzuty, ponieważ zagłębienia są małe, a ślad opony statku powietrznego jest wystarczająco duży, aby mostkować poszczególne kratery bez znaczącego przemieszczenia pionowego. IRI dla nawierzchni lotniskowych jest mierzony przy użyciu profilerów inercyjnych zgodnie z ASTM E1926, a krótkofalowe cechy wyrzutów (średnica 25 do 50 mm) są odfiltrowywane przez algorytmy analizy profilu, które koncentrują się na długościach fal od 1,3 do 30 metrów.

Ryzyko ciał obcych (FOD)

Najbardziej znaczącym problemem operacyjnym związanym z wyrzutami betonu na nawierzchniach lotniskowych jest generowanie ciał obcych (FOD). Gdy nastąpi wyrzut, wyrzucony materiał — składający się z fragmentów spękanego ziarna kruszywa i pokrywającej warstwy zaczynu cementowego — pozostaje na powierzchni nawierzchni jako luźne odłamki.

Okólnik FAA Advisory Circular 150/5380-6C stwierdza: „Same wyrzuty zwykle nie wpływają na funkcjonalność nawierzchni. Może jednak wystąpić uszkodzenie statków powietrznych przez odłamki”. Jest to kluczowe rozróżnienie między wyrzutami na nawierzchniach drogowych (gdzie FOD stanowi minimalne zagrożenie dla ruchu samochodowego) a wyrzutami na nawierzchniach lotniskowych (gdzie luźne odłamki dowolnej wielkości stanowią potencjalne zagrożenie wessania do silników lotniczych i ryzyko uszkodzenia opon).

Poziom ryzyka zależy od rozmiaru, ilości i lokalizacji odłamków z wyrzutów:

• Rozmiar: Fragmenty z wyrzutów mają zwykle od 10 do 50 mm w największym wymiarze — mieszcząc się w zakresie rozmiarów mogących powodować uszkodzenia w wyniku wessania do silnika (zagrożenia FOD są definiowane dla cząstek tak małych jak 2 mm w przypadku silników turbowentylatorowych o dużym przepływie) oraz przecięcia opon.
• Ilość: Odcinek nawierzchni o wysokiej gęstości wyrzutów może wytwarzać setki luźnych fragmentów na metr kwadratowy, tworząc ciągłe źródło FOD wymagające częstej inspekcji i usuwania.
• Lokalizacja: Wyrzuty w strefie przyziemienia pasa startowego (pierwsze 900 metrów pasa od progu) oraz wzdłuż linii środkowej drogi kołowania stwarzają najwyższe ryzyko, ponieważ są to obszary najbardziej intensywnego kontaktu opon statków powietrznych.

ICAO Annex 14, Tom I, Sekcja 9.4 wymaga, aby powierzchnia wszystkich utwardzonych pasów startowych, dróg kołowania i płyt postojowych była utrzymywana w stanie zapewniającym dobre właściwości cierne i niski opór toczenia, wolna od wszelkich wad, które mogłyby niekorzystnie wpływać na bezpieczeństwo operacji lotniczych. Luźne odłamki powstałe w wyniku aktywności wyrzutów stanowią wadę w świetle tego wymagania.

Okólnik FAA Advisory Circular 150/5210-24A dotyczący zarządzania FOD wyraźnie identyfikuje odłamki pochodzące z nawierzchni jako źródło FOD wymagające aktywnego zarządzania. Okólnik zaleca:

• Rutynowe inspekcje FOD zgodne z planem zarządzania FOD lotniska
• Natychmiastowe usuwanie zaobserwowanych odłamków ze stref ruchu
• Analizę przyczyn źródłowych dla powtarzających się źródeł FOD
• Działania korygujące w celu wyeliminowania źródła generowania odłamków

Wyrzuty na nawierzchniach lotniskowych

Nawierzchnie betonowe lotnisk podlegają specyficznym warunkom, które wpływają na powstawanie wyrzutów i zarządzanie nimi inaczej niż w przypadku nawierzchni drogowych lub przemysłowych.

Grubsze przekroje nawierzchni. Nawierzchnie PCC na lotniskach mają zwykle grubość od 300 do 450 mm dla lotnisk o dużym natężeniu ruchu, w porównaniu do 200–280 mm dla nawierzchni drogowych. Jednak mechanizm wyrzutu dotyczy tylko strefy przypowierzchniowej (górne 25 mm), więc grubość płyty nie wpływa bezpośrednio na podatność na wyrzuty. Grubsza płyta oznacza, że jakość materiału wyrzutowego jest taka sama na całej głębokości płyty — pojedynczy rdzeń może określić, czy kruszywo powodujące wyrzuty jest obecne w całej mieszance, czy było lokalnym zanieczyszczeniem na powierzchni.

Ciśnienie w oponach statków powietrznych. Statki powietrzne operujące na nawierzchniach lotniskowych wywierają ciśnienie w oponach w zakresie od 1,0 do 1,6 MPa (150 do 230 psi), znacznie wyższe niż typowe ciśnienie w oponach ciężarówek drogowych wynoszące około 0,7 MPa (100 psi). Wyższe naprężenie kontaktowe na powierzchni nawierzchni może przyspieszyć mechaniczne usuwanie częściowo odspojonego materiału z wyrzutów oraz może rozbić powierzchnię wokół kraterów wyrzutów, powiększając dotknięty obszar poprzez wtórne wykruszenie na obwodzie krateru.

Wrażliwość na FOD. Jak omówiono powyżej, wrażliwość nawierzchni lotniskowych na FOD podnosi operacyjne znaczenie wyrzutów powyżej poziomu, który byłby akceptowalny na drogach. Program zarządzania nawierzchnią lotnisk (PMP) FAA wymaga, aby lotniska dokumentowały i śledziły uszkodzenia powierzchni, w tym wyrzuty, w ramach badań wskaźnika stanu nawierzchni (PCI).

Wpływ na ocenę PASER. System FAA PASER dla betonowych nawierzchni lotniskowych (AC 150/5320-17A) uwzględnia wyrzuty jako rodzaj uszkodzenia do udokumentowania podczas inspekcji terenowych. Podręcznik PASER ilustruje wyrzuty zdjęciami pokazującymi: „Kilka wyrzutów w nowej płycie” (niski stopień nasilenia) oraz „Rozległe wyrzuty dużego kruszywa z powierzchni” (wysoki stopień nasilenia). Podręcznik zauważa, że dla obszarów o nasilonym problemie „może być konieczne łatkowanie, nakładka lub wymiana płyty”.

Interakcja z chemikaliami odladzającymi. Nawierzchnie lotnisk w zimnym klimacie są narażone na płyny do odladzania statków powietrznych (zazwyczaj na bazie glikolu propylenowego) oraz chemiczne środki do odladzania nawierzchni (octan sodu, octan potasu, mocznik). Chociaż środki odladzające wpływają przede wszystkim na złuszczenie zaczynu cementowego, a nie na wyrzuty kruszywa, zwiększone nasycenie powierzchni spowodowane operacjami odladzania może podnieść zawartość wilgoci w przypowierzchniowych ziarnach kruszywa, potencjalnie przyspieszając mechanizm powstawania wyrzutów mrożowych.

Ograniczenia operacyjne. Zamknięcia pasów startowych w celu konserwacji związanej z wyrzutami muszą być starannie koordynowane z operacjami lotniskowymi, aby zminimalizować zakłócenia. W przeciwieństwie do nawierzchni drogowych, gdzie zamknięcia pasów ruchu mogą być wprowadzane ze względną elastycznością, zamknięcia pasów startowych wymagają wydania NOTAM (Notice to Air Missions), koordynacji z liniami lotniczymi i harmonogramowania w okresach minimalnego zapotrzebowania ruchu. FAA AC 150/5370-2 (Bezpieczeństwo operacyjne na lotniskach podczas budowy) zawiera wytyczne dotyczące utrzymania bezpiecznych operacji podczas prac utrzymaniowych nawierzchni.

Wykrywanie wyrzutów

Wykrywanie i dokumentowanie wyrzutów betonu na nawierzchniach lotniskowych odbywa się poprzez wizualne przeglądy stanu nawierzchni przeprowadzane zgodnie z metodyką ASTM D5340.

Procedury inspekcji wizualnej. Inspektor nawierzchni przechodzi po powierzchni nawierzchni i wizualnie identyfikuje obszary z aktywnością wyrzutową. Inspekcja jest zazwyczaj wykonywana w tempie marszowym, skanując powierzchnię nawierzchni pod kątem maksymalizującym widoczność zagłębień powierzchniowych. Zespoły od dwóch do trzech inspektorów pracujące na równoległych pasach mogą zbadać całą szerokość pasa startowego w jednym przejściu.

Dokumentacja zgodnie z ASTM D5340. Podczas formalnego badania wskaźnika stanu nawierzchni (PCI) inspektor:

1. Dzieli nawierzchnię na jednostki próbne w oparciu o zdefiniowane kryteria powierzchni (jednostki próbne pasa startowego to zazwyczaj 20 płyt ± 8 dla nawierzchni PCC)
2. Kontroluje każdą jednostkę próbną i identyfikuje wszystkie obecne rodzaje uszkodzeń
3. Mierzy stopień nasilenia i ilość uszkodzeń — gęstość wyrzutów jest rejestrowana jako liczba wyrzutów na powierzchnię jednostki próbnej
4. Oblicza wartość odliczenia — wartość liczbową reprezentującą redukcję stanu nawierzchni przypisaną uszkodzeniu, opartą na krzywych gęstość-nasilenie w ASTM D5340
5. Oblicza PCI — odejmuje całkowite wartości odliczenia od 100 (stan idealny), aby uzyskać PCI jednostki próbnej

Poziomy nasilenia wyrzutów zgodnie z ASTM D5340:

Zaawansowane metody wykrywania. Nowe technologie automatycznego wykrywania wyrzutów obejmują:

• Obrazowanie nawierzchni w wysokiej rozdzielczości (kamery skanujące liniowo montowane na pojazdach inspekcyjnych o rozdzielczości 1 do 3 mm na piksel)
• Profilometria laserowa wykrywanie cech zagłębień powierzchniowych poprzez ciągły pomiar profilu
• Klasyfikacja z wykorzystaniem uczenia maszynowego obrazów powierzchni do automatycznej identyfikacji i ilościowego określania cech wyrzutów
• Inspekcja z użyciem bezzałogowego statku powietrznego (UAV) do szybkiej wstępnej oceny dużych obszarów nawierzchni

Przewodnik oceny i rozwiązywania problemów uszkodzeń nawierzchni betonowej zaleca ustanowienie wartości progowych gęstości wyrzutów, które uruchamiają badanie kruszywa sprawczego i rozważenie działań utrzymaniowych. Dla nawierzchni lotniskowych próg 10 wyrzutów na metr kwadratowy w obszarze śladów kół jest zazwyczaj uważany za punkt, w którym ryzyko FOD i wpływ na tarcie uzasadniają podjęcie działań utrzymaniowych.

Zapobieganie wyrzutom

Zapobieganie wyrzutom betonu osiąga się przede wszystkim poprzez kontrolę jakości kruszyw betonowych podczas doboru materiałów, projektowania mieszanki i budowy.

Badanie odporności kruszywa

ASTM C 88 (Standardowa metoda badania odporności kruszyw z użyciem siarczanu sodu lub siarczanu magnezu) ocenia odporność kruszywa na dezintegrację poprzez poddawanie próbek wielokrotnym cyklom zanurzania w nasyconym roztworze soli, a następnie suszeniu w piecu. Sól krystalizuje w strukturze porów nietrwałych cząstek, generując wewnętrzne siły rozszerzające analogiczne do działania mrozu. Utrata wagowa po określonej liczbie cykli (zazwyczaj 5 cykli dla kruszywa grubego) jest wartością utraty odporności:

• Kruszywo grube do betonu narażonego na działanie warunków atmosferycznych: maksymalna 12% utrata (siarczan sodu) lub 18% utrata (siarczan magnezu)
• Kruszywo drobne do betonu narażonego na działanie warunków atmosferycznych: maksymalna 10% utrata (siarczan sodu) lub 15% utrata (siarczan magnezu)

ASTM C 666 (Standardowa metoda badania odporności betonu na szybkie zamrażanie i rozmrażanie) bada trwałość mrożową próbek betonu wykonanych z proponowanego kruszywa, zapewniając współczynnik trwałości (DF). DF poniżej 60 po 300 cyklach wskazuje na słabą wydajność mrożową.

Badanie petrograficzne zgodnie z ASTM C 295 (Standardowy przewodnik badań petrograficznych kruszyw do betonu) zapewnia jakościową ocenę jakości kruszywa, identyfikując obecność i proporcję materiałów szkodliwych, w tym czertu, grudek gliny, kruchych cząstek, węgla, lignitu i reaktywnych minerałów krzemionkowych.

Specyfikacje jakości kruszywa

ASTM C 33 stanowi podstawowe ramy specyfikacji jakości kruszywa betonowego w Stanach Zjednoczonych. Odpowiednie limity dla zapobiegania wyrzutom to:

Broszura techniczna FHWA HIF-15-013 podkreśla, że te limity to wymagania minimalne i że „niektóre agencje stosują podejście oparte na historycznej wydajności i inspekcji złóż w kamieniołomie” w celu zapewnienia jakości kruszywa. Protokół Iowa DOT wykorzystuje test wskaźnika porów Iowa w połączeniu z analizą elementarną i dyfrakcją rentgenowską (XRD) do charakteryzacji mineralogii kruszywa, umieszczając materiały na widmie wapień/dolomit w celu przewidywania wydajności mrożowej.

Projektowanie mieszanki betonowej pod kątem odporności na wyrzuty

Poza wyborem kruszywa, parametry projektowania mieszanki betonowej wpływają na odporność na wyrzuty poprzez jakość matrycy zaczynu cementowego, która otacza przypowierzchniowe ziarna kruszywa:

• Stosunek wody do materiałów wiążących (w/cm): Maksymalny w/cm wynoszący 0,45 jest zalecany dla betonu narażonego na warunki zamrażania i rozmrażania. Niższy w/cm daje gęstszy, mniej przepuszczalny zaczyn cementowy, który zmniejsza wnikanie wilgoci do przypowierzchniowych ziaren kruszywa.
• Napowietrzenie: Właściwe napowietrzenie (całkowita zawartość powietrza 4,5 do 6,5% dla nominalnego maksymalnego rozmiaru kruszywa 19 mm) ze współczynnikiem rozstawu pęcherzyków powietrza maksymalnie 0,008 cala (0,20 mm) zgodnie z ASTM C 457 zapewnia ochronę mrożową zaczynu cementowego, zmniejszając ryzyko degradacji zaczynu, która mogłaby odsłonić ziarna kruszywa na zwiększony dostęp wilgoci.
• Dojrzewanie: Odpowiednie dojrzewanie (minimum 7 dni dla nawierzchni betonowych zgodnie z ACI 308) tworzy gęstą, nieprzepuszczalną warstwę zaprawy powierzchniowej, która pomaga uszczelnić powierzchnię wokół przypowierzchniowych ziaren kruszywa, zmniejszając wnikanie wilgoci do ziaren i zapewniając mechaniczne ograniczenie opierające się siłom wypchnięcia.

Praktyki budowlane

• Właściwe zagęszczenie betonu podczas układania zapewnia gęste otoczenie ziaren kruszywa zaczynem cementowym, zmniejszając przestrzeń porów wokół ziaren, która mogłaby ułatwić dostęp wilgoci i inicjację wyrzutu.
• Unikanie nadmiernego wykończenia — nadmierne wykończenie powierzchni betonu może sprowadzić nadmiar wody i drobnych cząstek na powierzchnię, tworząc słabą, porowatą warstwę zaprawy powierzchniowej, która zapewnia niewystarczające ograniczenie dla przypowierzchniowych ziaren kruszywa. Przewodnik Iowa State zauważa, że operacje wykończeniowe z nadmiarem wody na powierzchni zwiększają ryzyko odspojenia zaprawy i późniejszego narażenia kruszywa na wilgoć.
• Terminowe nacinanie spoin — właściwy czas nacinania spoin zapobiega niekontrolowanemu pękaniu, które mogłoby zapewnić preferencyjne ścieżki wilgoci do przypowierzchniowych ziaren kruszywa sąsiadujących ze spoinami.

Naprawa wyrzutów

Wyrzuty są zazwyczaj uważane za defekty kosmetyczne, które nie wymagają indywidualnej naprawy. Okólnik FAA Advisory Circular 150/5380-6B stwierdza, że „same wyrzuty zwykle nie wpływają na funkcjonalność nawierzchni”, a standardowym podejściem jest monitorowanie i brak natychmiastowych działań w przypadku pojedynczych wyrzutów o niskim nasileniu.

Decyzja o utrzymaniu zależy od nasilenia, zakresu i lokalizacji aktywności wyrzutowej:

Brak naprawy (tylko monitorowanie): Pojedyncze wyrzuty o niskiej gęstości (mniej niż 5 na metr kwadratowy) w niekrytycznych obszarach nawierzchni (obrzeże płyty postojowej, pobocza dróg kołowania) nie wymagają działań korygujących. Lotnisko powinno udokumentować stan i monitorować progresję podczas rutynowych inspekcji nawierzchni.

Łatkowanie na częściową głębokość: W przypadku odcinków nawierzchni o średniej do wysokiej gęstości wyrzutów (powyżej 10 na metr kwadratowy) lub wyrzutów znajdujących się w obszarach krytycznych, takich jak strefa przyziemienia pasa startowego, łatkowanie na częściową głębokość może być uzasadnione. FAA AC 150/5380-6B zawiera Typowy szczegół naprawy wyrwy po wyrzucie (Dodatek C, Rysunek C-7), który określa:

1. Usunięcie luźnego i zniszczonego betonu w dotkniętym obszarze do głębokości około 25 do 50 mm
2. Przycięcie piłą obwodu obszaru naprawy w celu uzyskania czystych, pionowych krawędzi
3. Oczyszczenie wnęki naprawczej za pomocą śrutowania ściernego lub wody pod wysokim ciśnieniem
4. Nałożenie środka wiążącego na przygotowaną powierzchnię
5. Ułożenie wysokiej jakości, szybkowiążącego materiału łatkującego (zazwyczaj modyfikowanej polimerem zaprawy cementowej portlandzkiej lub specjalistycznej szybkosprawnej mieszanki naprawczej do betonu)
6. Wykończenie w celu dopasowania do tekstury otaczającej powierzchni nawierzchni
7. Dojrzewanie zgodnie z zaleceniami producenta

FAA AC 150/5370-10 (Standardy specyfikacji budowy lotnisk) pozycja P-501 (Nawierzchnia betonowa z cementu portlandzkiego) zawiera wymagania specyfikacji dla materiałów łatkujących stosowanych na nawierzchniach lotniskowych.

Szlifowanie diamentowe: Dla nawierzchni z rozległymi, powszechnymi wyrzutami wpływającymi na jednolitość tekstury powierzchni, szlifowanie diamentowe całego dotkniętego obszaru może usunąć zniszczoną strefę powierzchniową i odsłonić zdrowy beton poniżej. FAA AC 150/5380-6B wskazuje, że „szlifowanie może usunąć beton powierzchniowy niskiej jakości”. Szlifowanie diamentowe jest wykonywane za pomocą samojezdnej szlifierki wyposażonej w głowicę tnącą z końcówkami diamentowymi, która usuwa około 3 do 6 mm powierzchni betonu, tworząc równomiernie teksturowaną powierzchnię o poprawionych właściwościach ciernych.

Cienka nakładka związana z podłożem: W ciężkich przypadkach, gdy gęstość wyrzutów jest bardzo wysoka (powyżej 20 na metr kwadratowy), a zniszczona strefa powierzchniowa sięga głębokości większych niż 25 mm, można zastosować cienką związaną nakładkę betonową (zwykle o grubości 50 do 100 mm). Nakładka jest związana z przygotowaną istniejącą powierzchnią betonu za pomocą specjalistycznego środka wiążącego i zapewnia nową warstwę powierzchniową z kontrolowaną jakością kruszywa.

Wymiana płyty: Całkowita wymiana płyty jest zarezerwowana dla najbardziej skrajnych przypadków, gdy problem wyrzutów jest tak rozległy, że mieszanka betonowa jest zasadniczo nietrwała, a pozostała nawierzchnia ma niewystarczającą żywotność, aby uzasadnić interwencję łatkowania lub nakładki. Zastępcza płyta powinna wykorzystywać kruszywo ze źródła o sprawdzonej wydajności i odpowiednich badaniach odporności.

FAA AC 150/5380-6C zawiera Szybki przewodnik utrzymania i naprawy typowych problemów nawierzchni sztywnych (Tabela 6-2), który identyfikuje wyrzuty pod uszkodzeniem „Dezintegracja” i zawiera następujące wytyczne utrzymaniowe:

Podsumowanie

Wyrzuty w powierzchniach nawierzchni betonowych to małe, stożkowe zagłębienia utworzone przez rozszerzenie i wypchnięcie nietrwałych przypowierzchniowych ziaren kruszywa lub zanieczyszczeń. Mające typowo od 25 do 50 mm średnicy i od 10 do 25 mm głębokości, wyrzuty są klasyfikowane jako uszkodzenie typu dezintegracyjnego zgodnie z ASTM D5340. Główne przyczyny obejmują porowate kruszywo czertowe, które absorbuje wilgoć i pęka podczas cykli zamrażania i rozmrażania, grudki gliny pęczniejące po zwilżeniu, cząstki wapna hydratyzujące z ekspansywną zmianą objętości oraz inne szkodliwe materiały, takie jak węgiel, lignit czy piryt.

Mechanizm wyrzutu przebiega według odrębnej sekwencji: wnikanie wilgoci do nietrwałej cząstki, rozszerzanie cząstki w wyniku zamarzania lub hydratacji, generowanie promieniowych naprężeń rozciągających w otaczającym zaczynie cementowym, inicjacja pęknięcia na styku kruszywa i zaczynu, stożkowa propagacja pęknięcia do powierzchni oraz wypchnięcie cząstki i zalegającego materiału. Stożkowa morfologia krateru jest charakterystyczna i odróżnia wyrzuty od złuszczenia, które polega na rozległej utracie zaprawy powierzchniowej na skutek degradacji zaczynu, a nie rozszerzania kruszywa.

Na nawierzchniach lotniskowych wyrzuty stanowią przede wszystkim zagrożenie związane z FOD, a nie problem konstrukcyjny. FAA AC 150/5380-6B i AC 150/5320-17A (podręcznik PASER) zawierają wytyczne dotyczące klasyfikacji, dokumentacji i utrzymania. Podręcznik FAA PASER zauważa, że „same wyrzuty zwykle nie wpływają na funkcjonalność nawierzchni. Może jednak wystąpić uszkodzenie statków powietrznych przez odłamki”. W przypadku obszarów o nasilonym problemie może być konieczne łatkowanie, szlifowanie, nakładka lub wymiana płyty.

Zapobieganie opiera się na kontroli jakości kruszywa — badaniu odporności kruszywa grubego zgodnie z ASTM C 88, ograniczaniu zawartości czertu o niskiej gęstości zgodnie z ASTM C 33, kontrolowaniu grudek gliny i kruchych cząstek oraz stosowaniu betonu napowietrzonego o niskim stosunku wody do materiałów wiążących. Te środki zapewniają, że przypowierzchniowe ziarna kruszywa są zdrowe, prawidłowo otoczone gęstym zaczynem cementowym i odporne na absorpcję wilgoci i rozszerzanie, które napędzają mechanizm wyrzutu.

Dla operatorów lotnisk połączenie rutynowych badań PCI zgodnie z ASTM D5340, zarządzania FOD zgodnie z AC 150/5210-24A i terminowych działań utrzymaniowych zgodnie z AC 150/5380-6C zapewnia kompleksowe ramy zarządzania stanami powierzchni związanymi z wyrzutami na nawierzchniach lotniskowych, zapewniając zgodność z wymaganiami ICAO Annex 14 dotyczącymi bezpiecznych powierzchni stref ruchu.