Beton walcowany (RCC) to beton o zerowym opadzie stożka układany za pomocą sprzętu do nawierzchni asfaltowych i zagęszczany walcami wibracyjnymi, zapewniający wytrzymałą i trwałą nawierzchnię przy niższym koszcie niż konwencjonalny beton cementowy. Obejmuje projektowanie mieszanki RCC, układanie, łączenie, teksturę powierzchni oraz inspekcję typowych uszkodzeń RCC.
Nawierzchnia z betonu walcowanego (RCC) to rodzaj niezbrojonej nawierzchni betonowej wykonywanej przy użyciu mieszanki betonowej o zerowym opadzie stożka, układanej za pomocą wysokogęstościowej rozściełacza asfaltowej i zagęszczanej do docelowej gęstości przy użyciu walców wibracyjnych i ogumionych. W przeciwieństwie do konwencjonalnej nawierzchni z betonu cementowego portlandzkiego (PCC), RCC nie zawiera zbrojenia stalowego, prętów dyblowych, prętów ściągających ani nie wymaga szalunków. Materiał osiąga swoją nośność strukturalną dzięki fizycznemu zazębieniu gęsto zagęszczonych cząstek kruszywa związanych matrycą z zaczynu cementowego. Komitet 327 Amerykańskiego Instytutu Betonu (ACI) definiuje RCC jako “beton zagęszczany przez walcowanie — metodę konstrukcyjną wykorzystującą sprzęt do układania asfaltu i walcowanie do produkcji wysokiej jakości, trwałej nawierzchni betonowej.”
Cechą definiującą RCC jest jego konsystencja o zerowym opadzie stożka — beton ma sztywny wygląd przypominający wilgotny żwir, z konsystencją Vebe zazwyczaj między 30 a 90 sekundami przy badaniu zgodnie z ASTM C1176. Ta sucha konsystencja umożliwia świeżo ułożonemu betonowi utrzymanie ciężaru walców zagęszczających natychmiast po przejściu rozściełacza, co jest kluczowe dla procesu konstrukcyjnego. Mieszanka RCC ma stosunek wody do materiałów wiążących (w/cm) w zakresie od 0,30 do 0,45 wagowo, znacznie niższym niż typowy zakres 0,40 do 0,55 dla konwencjonalnego betonu nawierzchniowego. Ten niski w/cm, w połączeniu z wysokim nakładem zagęszczania, daje gęstą matrycę betonową o bardzo niskiej przepuszczalności — zazwyczaj poniżej 1000 kulombów przy badaniu zgodnie z ASTM C1202 (test szybkiej przepuszczalności chlorków).
Wytrzymałość na ściskanie RCC wynosi zazwyczaj od 4000 do 6000 psi (28 do 42 MPa) po 28 dniach dla standardowych zastosowań, z wytrzymałością do 10 000 psi (70 MPa) osiągalną dla mieszanek wysokowydajnych z dodatkami materiałów wiążących. Wytrzymałość na zginanie (moduł rozerwania) wynosi od 550 do 800 psi (4 do 6 MPa), co jest porównywalne lub wyższe niż w przypadku konwencjonalnego betonu nawierzchniowego przy równoważnej zawartości materiałów wiążących. Moduł sprężystości RCC wynosi od 4 do 6 milionów psi (28 do 40 GPa), podobnie jak w przypadku konwencjonalnego betonu.
RCC został po raz pierwszy opracowany w latach 70. XX wieku dla kanadyjskiego przemysłu drzewnego, który potrzebował taniej, wysokowytrzymałej nawierzchni zdolnej wytrzymać pojazdy gąsienicowe, ogromne obciążenia i wycieki płynów hydraulicznych na placach sortowania drewna. Technologia ta rozszerzyła się następnie na całym świecie, znajdując zastosowanie w portach i terminalach intermodalnych, płytach lotnisk wojskowych i szlakach czołgów, płytach postojowych i kołowaniach lotnisk, przemysłowych placach produkcyjnych, poboczach autostrad i skrzyżowaniach oraz ulicach miejskich. RCC Pavement Council szacuje, że od lat 80. XX wieku w samej Ameryce Północnej wybudowano ponad 100 milionów jardów kwadratowych nawierzchni RCC.
Kluczowe cechy odróżniające RCC od konwencjonalnej nawierzchni betonowej obejmują:
| Cecha | Nawierzchnia RCC | Konwencjonalna nawierzchnia PCC |
|---|---|---|
| Opad stożka | Zero (Vebe 30–90 s) | 1–4 cal (25–100 mm) |
| Sprzęt do układania | Rozściełacz asfaltowa (wysokiej gęstości) | Rozściełacz ślizgowa lub szalunki stałe |
| Zagęszczanie | Walce wibracyjne + ogumione | Wibratory wewnętrzne |
| Zbrojenie stalowe | Brak | Dyble, pręty ściągające, siatka |
| Rozstaw spoin | 20–40 ft (6–12 m) | 15–20 ft (4,5–6 m) |
| Tekstura powierzchni | Po walcowaniu lub szlifowana diamentowo | Ryflowana, szczotkowana lub rowkowana |
| Koszt typowy | 15–30% mniej niż PCC | Poziom bazowy |
| Szybkość budowy | 300–500 cy/h | 100–200 cy/h |
| Napowietrzanie | Nieskuteczne | Wymagane dla mrozoodporności |
Zawartość materiałów wiążących w RCC wyrażana jest jako procent całkowitej suchej masy (cementu plus kruszywa). W przypadku warstw ścieralnych, materiały wiążące stanowią zazwyczaj 11 do 15 procent całkowitej suchej masy, przy czym najczęściej stosuje się 12 do 14 procent. Typowym punktem wyjścia do projektowania mieszanki jest 470 do 550 funtów materiałów wiążących na jard sześcienny (280 do 330 kg/m³). Standardowo stosuje się cement portlandzki typu I lub II zgodnie z ASTM C150. Powszechnie stosowane są dodatkowe materiały wiążące (SCM), w tym popiół lotny (klasa C lub F zgodnie z ASTM C618) w ilości 15 do 30 procent zastąpienia, mielony granulowany żużel wielkopiecowy zgodnie z ASTM C989 w ilości 25 do 50 procent zastąpienia lub dym krzemionkowy zgodnie z ASTM C1240 w ilości 5 do 10 procent zastąpienia, w celu poprawy urabialności, zmniejszenia ciepła hydratacji, obniżenia kosztów oraz zwiększenia długoterminowej wytrzymałości i trwałości.
Optymalna zawartość materiałów wiążących jest określana poprzez badania laboratoryjne z użyciem metody zagęszczania gruntu zgodnie z ACI 327. Dla zakresu zawartości materiałów wiążących (np. 11, 13 i 15 procent), ustala się zależności wilgotność-gęstość zgodnie z ASTM D1557 (zmodyfikowany Proctor). Dla każdej zawartości materiałów wiążących, optymalna wilgotność jest określana jako zawartość wody dająca maksymalną gęstość suchą. Następnie walce lub belki są zagęszczane przy optymalnej wilgotności dla każdego poziomu materiałów wiążących, dojrzewane i badane w określonym wieku (zazwyczaj 7, 28 i 90 dni) na wytrzymałość na ściskanie zgodnie z ASTM C39 lub wytrzymałość na zginanie zgodnie z ASTM C78. Wymagana zawartość materiałów wiążących jest wybierana z krzywej wytrzymałości w funkcji zawartości materiałów wiążących, aby spełnić projektową wytrzymałość na zginanie lub ściskanie plus margines na zmienność.
RCC stosuje kruszywa o gęstym uziarnieniu, które zawierają wyższy procent drobnego kruszywa niż konwencjonalny beton. Uziarnienie kruszywa powinno zbliżać się do Krzywej Mocy 0,45 dla maksymalnej gęstości upakowania, co minimalizuje przestrzeń pustą między cząstkami i zmniejsza wymaganą objętość pasty. Zalecany nominalny maksymalny wymiar kruszywa (NMAS) wynosi 3/4 cala (19 mm) dla większości zastosowań, przy czym 5/8 cala (16 mm) lub 1/2 cala (12,5 mm) stosuje się, gdy wymagana jest gładsza powierzchnia. Drobniejszy maksymalny wymiar daje gładszą powierzchnię, która jest mniej podatna na zużycie.
Typowe pasmo uziarnienia kruszywa RCC zgodnie z ACI 327 i UFGS 32 13 16.16 mieści się w następujących granicach:
| Rozmiar sita | Procent przechodzących (zakres) |
|---|---|
| 1 cal (25 mm) | 100 |
| 3/4 cala (19 mm) | 90–100 |
| 3/8 cala (9,5 mm) | 60–85 |
| Nr 4 (4,75 mm) | 40–60 |
| Nr 16 (1,18 mm) | 20–40 |
| Nr 50 (0,30 mm) | 8–22 |
| Nr 100 (0,15 mm) | 4–12 |
| Nr 200 (0,075 mm) | 2–8 |
Wysoki udział cząstek przechodzących przez sito Nr 200 (zazwyczaj 4 do 8 procent) jest niezbędny do uzyskania urabialnej, zagęszczalnej mieszanki, która daje gęstą powierzchnię. Kruszywo łamane jest preferowane nad otoczakami, ponieważ cząstki kanciaste zapewniają lepsze zazębienie kruszywa, wyższą wytrzymałość na zginanie i bardziej stabilną powierzchnię. Dla projektu RCC na lotnisku Portland International Airport, wybrano przetworzone kruszywo asfaltowe (materiał łamany), ponieważ jest ono mniej podatne na segregację podczas układania i daje wyższe wytrzymałości na zginanie niż otoczaki.
Zawartość wody jest najbardziej krytyczną zmienną w projektowaniu mieszanki RCC, ponieważ determinuje zarówno zagęszczalność świeżego betonu, jak i wytrzymałość stwardniałego betonu. Zawartość wody w RCC wyrażana jest jako procent całkowitej suchej masy (cementu plus kruszywa), zazwyczaj w zakresie od 5 do 8 procent. Odpowiada to stosunkowi wody do materiałów wiążących wynoszącemu około 0,30 do 0,45 wagowo. Dokładna optymalna zawartość wody jest określana na podstawie badania zależności wilgotność-gęstość (zmodyfikowany Proctor, ASTM D1557), gdzie zawartość wody dająca maksymalną gęstość suchą jest identyfikowana jako optymalna wilgotność (OMC).
Konsystencja Vebe (ASTM C1176) jest podstawową miarą urabialności RCC. Badanie Vebe wykorzystuje cylindryczną formę (zazwyczaj o średnicy 6 cali dla RCC) wypełnioną betonem, zamontowaną na stole wibracyjnym z przezroczystym dyskiem plastikowym wywierającym standardowe obciążenie. Czas Vebe to czas w sekundach wymagany do pełnego zagęszczenia betonu pod wpływem połączonego obciążenia i wibracji. Dla mieszanek nawierzchni RCC, czasy Vebe wahają się od 30 do 90 sekund, z następującymi ogólnymi wytycznymi:
| Czas Vebe | Konsystencja | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Mniej niż 30 s | Bardzo mokra | Może nie utrzymać walca; ograniczone zastosowanie |
| 30 do 45 s | Plastyczna | Odpowiednia dla cienkich warstw, umiarkowane zagęszczanie |
| 45 do 75 s | Sztywna | Optymalna dla większości nawierzchni RCC |
| 75 do 90 s | Bardzo sztywna | Wymaga dużego nakładu zagęszczania; dobra dla grubych warstw |
| Ponad 90 s | Ekstremalnie sztywna | Trudna do zagęszczenia; niezalecana |
Właściwa zawartość wody w miejscu układania jest kluczowa. Jeśli mieszanka jest zbyt mokra (Vebe poniżej 30 sekund), walec może tonąć lub powodować fale powierzchniowe. Jeśli zbyt sucha (Vebe powyżej 90 sekund), mieszanka nie może być zagęszczona do docelowej gęstości, co skutkuje wysoką porowatością, niską wytrzymałością i słabą trwałością. Docelowy czas Vebe należy korygować ze względu na temperaturę otoczenia, wiatr i szybkość parowania, ponieważ utrata wody podczas transportu i układania może zwiększyć czas Vebe o 10 do 30 sekund. Zastosowanie mieszarki ciągłej (pugmill) pozwala na precyzyjną kontrolę dodawania wody i zapewnia najbardziej jednolitą produkcję RCC.
Rozściełacz wysokiej gęstości jest kamieniem węgielnym udanej budowy RCC. Maszyny te to specjalnie zmodyfikowane rozściełacze asfaltowe wyposażone w belki ubijające i stopy wibracyjne, które zapewniają wstępne zagęszczenie RCC przed rozpoczęciem walcowania. Belki ubijające, pracujące z prędkością 800 do 2000 uderzeń na minutę, uderzają w beton i zmuszają cząstki kruszywa do gęstszego ułożenia. Stopa wibracyjna pracuje z prędkością 2000 do 3500 wibracji na minutę, dodatkowo zagęszczając materiał i wyrównując powierzchnię. Razem systemy te osiągają gęstość wyjściową od 90 do 92 procent maksymalnej gęstości suchej, co oznacza, że rozściełacz wykonuje do 90 procent całkowitej pracy zagęszczania.
Rozściełacze wysokiej gęstości są zazwyczaj gąsienicowe dla stabilności na powierzchni RCC i dla wyższych sił pociągowych wymaganych do przemieszczania maszyny przez sztywny beton. Kluczowe cechy obejmują automatyczne systemy kontroli profilu (oparte na sznurku lub laserze), proporcjonalne systemy podawania zapewniające równomierne rozprowadzenie betonu na całej szerokości układania oraz przedłużenia stóp do zmiennych szerokości pasów. Rozściełacz układa RCC w warstwach o grubości 4 do 10 cali (100 do 250 mm) na szerokości do 30 stóp (9 m). Osiągalne są wydajności produkcyjne rzędu 300 do 500 jardów sześciennych na godzinę przy odpowiednio dobranej rozściełaczu. W przypadku warstw przekraczających 10 cali, RCC układa się w wielu warstwach. Zaleca się stosowanie urządzenia do przenoszenia materiału (MTD) między wywrotkami a rozściełaczem, aby zapewnić ciągłe, równomierne podawanie i zmniejszyć segregację.
Konwencjonalne rozściełacze asfaltowe (bez belek ubijających) były używane do układania RCC na mniejszych projektach, ale nie są zalecane do warstw o grubości powyżej 6 cali (150 mm). Osiągają one jedynie 85 do 90 procent gęstości wyjściowej, co skutkuje większym uzależnieniem od walcowania w celu zagęszczenia. Zwiększa to ryzyko rozrywania powierzchni, wypierania materiału i złej równości. Specyfikacja UFGS 32 13 16.16 Korpusu Inżynieryjnego Armii USA wyraźnie wymaga rozściełaczy wysokiej gęstości dla wojskowych projektów RCC.
Rozściełacze kruszywa (zmodyfikowane spycharki lub równiarki) były używane do układania RCC w projektach o bardzo niskim budżecie, ale dają słabą gładkość powierzchni, nierównomierną gęstość i wysoką segregację. Ich stosowanie jest niedozwolone w projektach wojskowych, lotniskowych i autostradowych zgodnie ze standardowymi specyfikacjami.
Zagęszczenie RCC do osiągnięcia 96 do 98 procent maksymalnej gęstości suchej jest niezbędne dla wytrzymałości, trwałości i odporności powierzchni na zużycie. Proces zagęszczania odbywa się w trzech etapach walcowania, wykonywanych bezpośrednio za rozściełaczem.
Podstawowe walcowanie zagęszczające wykonuje się za pomocą stalowych walców wibracyjnych o minimalnej masie statycznej 10 ton (90 kN), przy czym preferowane są walce o masie 12 do 15 ton. Walce te pracują w trybie wibracyjnym z częstotliwością 2500 do 3500 wibracji na minutę (vpm) z amplitudą dostosowaną do grubości warstwy — niska amplituda (0,015 do 0,025 cala) dla warstw poniżej 6 cali i wyższa amplituda (0,030 do 0,050 cala) dla warstw o grubości 6 do 10 cali. Schemat walcowania składa się zazwyczaj z dwóch do czterech przejść wibracyjnych, po których następują dwa do trzech przejść statycznych (wyłączone wibracje). Każde przejście zachodzi na poprzednie o 6 do 12 cali. Prędkość walcowania utrzymuje się na poziomie 2 do 3 mph (3 do 5 km/h), aby zapewnić odpowiedni nakład zagęszczania na przejście.
Okno czasowe między wyładunkiem betonu a końcowym walcowaniem jest krytyczne — nie powinno przekraczać 60 minut w normalnych warunkach otoczenia (70°F, 21°C). W gorących, suchych lub wietrznych warunkach dopuszczalne okno może zmniejszyć się do 30 do 45 minut. Koniec dopuszczalnego okna czasowego definiuje się jako moment, w którym beton nie może być już zagęszczony do docelowej gęstości bez rozrywania powierzchni. Jeśli beton stwardnieje powyżej tego punktu, należy go usunąć i wymienić.
Ostatni etap walcowania wykorzystuje walec ogumiony o masie 15 do 30 ton do uszczelnienia powierzchni, zamknięcia pozostałych porów powierzchniowych i uzyskania gładkiego, zwartego wykończenia. Walec ogumiony pracuje w trybie statycznym, wykonując zazwyczaj dwa do czterech przejść z prędkością 3 do 5 mph (5 do 8 km/h). Ugniatanie przez opony gumowe zamyka porowatość powierzchni i osadza odsłonięte cząstki kruszywa, tworząc charakterystyczną gęstą, zwartą powierzchnię dobrze wykonanego RCC. Typowe ciśnienie w oponach wynosi 90 do 110 psi.
Podczas budowy gęstość w terenie jest monitorowana w sposób ciągły za pomocą jądrowych mierników gęstości w trybie transmisji bezpośredniej zgodnie z ASTM D6938. Badania przeprowadza się natychmiast po każdym przejściu walca, aby śledzić przyrost gęstości i określić wymaganą liczbę przejść. Optymalny schemat walcowania ustala się podczas odcinka próbnego wykonanego na początku projektu, w którym wykonawca demonstruje kombinację prędkości rozściełacza, typu walca, liczby przejść walca i ustawień wibracji, która konsekwentnie osiąga docelową gęstość.
Poprzeczne spoiny skurczowe są najważniejszym typem spoin w nawierzchni RCC. Są one nacinane lub formowane w celu kontrolowania lokalizacji pęknięć, gdy beton kurczy się podczas wiązania i pod wpływem skurczu termicznego. Rozstaw spoin dla RCC wynosi zazwyczaj 20 do 40 ft (6 do 12 m) dla grubości płyty do 10 cali. Dla grubszych płyt (10 do 14 cali), rozstaw spoin może być zwiększony do 40 do 60 ft (12 do 18 m), ponieważ grubsze płyty wytwarzają mniejsze naprężenia rozciągające od gradientów temperatury i wilgoci. Stosunek rozstawu spoin do grubości płyty (L/T) dla RCC wynosi zazwyczaj od 24 do 48, w porównaniu do około 20 dla konwencjonalnej nawierzchni.
Czas nacinania jest krytyczny — nacięcia muszą być wykonane po tym, jak beton uzyska wystarczającą wytrzymałość, aby zapobiec wykruszaniu podczas nacinania, ale zanim rozwiną się niekontrolowane pęknięcia. Czas ten wynosi zazwyczaj 4 do 24 godzin po ułożeniu, w zależności od temperatury otoczenia, rozwoju wytrzymałości betonu i grubości warstwy. W gorącej pogodzie nacinanie może rozpocząć się już po 4 godzinach; w chłodnej pogodzie może być opóźnione do 18 do 24 godzin. Do RCC preferowane są wczesnoetapowe piły do cięcia na sucho z ostrzami diamentowymi, ponieważ minimalizują one wprowadzanie wody, która mogłaby spowodować deteriorację powierzchni. Głębokość nacięcia powinna wynosić minimum T/4 do T/3 grubości płyty, przy czym T/4 (25 procent) jest minimum zalecanym przez RCC Pavement Council, aby zapewnić kontrolowaną płaszczyznę pęknięcia na pełną grubość płyty.
Przenoszenie obciążeń w spoinach poprzecznych w RCC odbywa się poprzez zazębienie kruszywa, a nie za pomocą prętów dyblowych. Kruszywo o gęstym uziarnieniu i kanciastych kształtach w RCC zapewnia doskonałe zazębienie, ze skutecznością przenoszenia obciążeń zazwyczaj przekraczającą 70 procent dla ciasnych spoin (szerokość pęknięcia mniejsza niż 0,02 cala). W miarę otwierania się spoiny pod wpływem skurczu termicznego i wysychania, skuteczność przenoszenia obciążeń maleje, ale pozostaje wystarczająca dla większości zastosowań ciężkich. W nawierzchni RCC nie stosuje się prętów dyblowych, co jest fundamentalną różnicą w stosunku do konwencjonalnej spoinowanej nawierzchni betonowej.
Spoiny podłużne w RCC to spoiny robocze między sąsiednimi pasami układania. Występują dwa typy:
Świeże spoiny podłużne występują, gdy sąsiedni pas jest układany w ciągu 60 minut od poprzedniego pasa. W takim przypadku świeżą spoinę można walcować równocześnie — walec pracuje z jednym bębnem na świeżym betonie, a drugim na sąsiednim pasie — tworząc monolityczne połączenie między dwoma pasami. Nie jest wymagane żadne przygotowanie spoiny. Zimne spoiny podłużne występują, gdy między pasami upłynie więcej niż 60 minut. W przypadku zimnych spoin, krawędź pierwszego pasa jest przycinana z powrotem o 6 do 12 cali w celu uzyskania czystej, pionowej powierzchni. Przycięta powierzchnia jest czyszczona i lekko zwilżana przed ułożeniem drugiego pasa. Zimne spoiny mają bardzo ograniczone przenoszenie obciążeń (poniżej 20 procent) i działają jako płaszczyzna osłabienia, wzdłuż której może wystąpić pęknięcie podłużne, jeśli spoina nie jest odpowiednio związana.
UFGS 32 13 16.16 określa, że szerokość pasa nawierzchni RCC nie powinna przekraczać 20 ft (6 m). Jeśli szerokość układania jest większa niż 20 ft, należy zapewnić pośrednie podłużne spoiny skurczowe w rozstawie nie mniejszym niż 10 ft.
Uszczelnianie spoin w RCC jest opcjonalne i zależy od zastosowania. W przypadku większości zastosowań przemysłowych i ciężkich, spoiny pozostawia się nieuszczelnione. W przypadku nawierzchni lotniskowych, konstrukcji parkingów i obiektów, w których infiltracja wody musi być zminimalizowana, spoiny mogą być uszczelniane za pomocą zalewy na gorąco lub na zimno zgodnie z ASTM D6690 lub ASTM D5893. Zbiornik zalewy jest formowany przez poszerzenie nacięcia do określonych wymiarów, zazwyczaj 0,5 cala szerokości na 1,0 cala głębokości dla zalewy, przy czym dolna część nacięcia służy jako inicjator pęknięcia.
Tekstura powierzchni nawierzchni RCC zasadniczo różni się od konwencjonalnej nawierzchni betonowej, ponieważ RCC nie może być ryflowane, szczotkowane ani teksturowane w stanie plastycznym. Sucha, sztywna konsystencja uniemożliwia te operacje. Opcje tekstury powierzchni dla RCC są ograniczone do obróbek po stwardnieniu.
Powierzchnia po walcowaniu to naturalne wykończenie uzyskane przez sekwencję rozściełacza i walcowania. Jest gęsta, zwarta i gładka, ale ma nakrapiany wygląd z odsłoniętymi drobnymi cząstkami kruszywa. Powierzchnia wykazuje niewielką teksturę od bębnów walców i opon. Choć wystarczająca dla niskoprędkościowych zastosowań przemysłowych (20 do 30 mph), powierzchnia po walcowaniu zazwyczaj nie zapewnia wystarczającej makrotekstury dla ruchu wysokoprędkościowego lub operacji lotniczych. Średnia głębokość tekstury (MTD) powierzchni RCC po walcowaniu, mierzona testem piaskowym zgodnie z ASTM E965, wynosi zazwyczaj 0,01 do 0,03 cala (0,2 do 0,8 mm), poniżej minimum FAA wynoszącego 0,03 cala dla pasów startowych i szybkich dróg kołowania.
Szlifowanie diamentowe jest najbardziej niezawodną metodą uzyskania wysokiej jakości tekstury powierzchni na RCC. Diamentowe głowice szlifujące zamontowane na samojezdnej szlifierce wycinają podłużne rowki o szerokości 0,06 do 0,10 cala w rozstawie 0,20 do 0,25 cala, tworząc teksturę przypominającą sztruks o głębokościach makrotekstury 0,03 do 0,06 cala (0,8 do 1,5 mm). Szlifowanie diamentowe poprawia również równość jazdy, usuwając nierówności powierzchni, zazwyczaj zmniejszając Międzynarodowy Wskaźnik Równości (IRI) ze 100 do 150 cali/milę do 50 do 80 cali/milę. Szlifowanie diamentowe jest standardem dla lotniskowych nawierzchni RCC i zastosowań autostradowych, gdzie wymagania dotyczące tarcia i gładkości powierzchni są najbardziej rygorystyczne.
Rowkowanie diamentowe wykorzystuje węższe, głębsze nacięcia (0,10 do 0,20 cala szerokości i 0,25 do 0,50 cala głębokości) w mniejszym rozstawie (0,50 do 0,75 cala) niż szlifowanie diamentowe. Rowkowanie zapewnia kanały odwadniające, które zmniejszają ryzyko akwaplanacji i poprawiają przyczepność w mokrych warunkach. W przypadku nawierzchni lotniskowych, rowkowanie poprzeczne jest powszechne zgodnie z FAA AC 150/5320-6C. W przypadku autostrad, rowkowanie podłużne poprawia stabilność kierunkową i zmniejsza hałas.
Włóknina jutowa jest możliwa na RCC tylko wtedy, gdy domieszki powierzchniowo czynne lub opóźniacze są aplikowane na powierzchnię bezpośrednio po walcowaniu. Domieszki te opóźniają wiązanie powierzchni, umożliwiając przeciągnięcie włókniny jutowej 2 do 4 godzin po ułożeniu. Powstała tekstura jest podobna do wykończenia włókniną jutową konwencjonalnego betonu, ale jest płytsza i mniej równomierna. Technologia ta jest stosunkowo nowa (opracowana w latach 2010-tych), a długoterminowa trwałość tekstury powierzchni jest wciąż oceniana.
Cienka nakładka z betonu asfaltowego (HMA) o grubości 1,5 do 3 cali (38 do 75 mm) może być ułożona na RCC, aby zapewnić gładką, teksturowaną powierzchnię jezdną. To podejście łączy wytrzymałość strukturalną RCC z charakterystyką powierzchni asfaltu. Jest stosowane w niektórych projektach autostradowych, gdzie RCC zapewnia nośną konstrukcję nawierzchni, a asfalt stanowi warstwę ścieralną.
Pęknięcia poprzeczne są najczęstszym uszkodzeniem nawierzchni RCC, szczególnie gdy nie zapewniono spoin skurczowych. Pęknięcia wynikają z ograniczonego skurczu — gdy beton ochładza się i wysycha po hydratacji, rozwijają się naprężenia rozciągające spowodowane tarciem podłoża i ciężarem własnym nawierzchni. Naturalny rozstaw pęknięć w niespoinowanym RCC wynosi od 20 do 40 ft (6 do 12 m) dla typowych grubości płyty 8 do 12 cali. Pęknięcia są zazwyczaj ciasne (mniej niż 1/16 cala lub 1,5 mm szerokości) z dobrym zazębieniem kruszywa zapewniającym skuteczność przenoszenia obciążeń na poziomie 50 do 80 procent. Szersze pęknięcia (powyżej 1/8 cala) mogą powstać w trudnych warunkach termicznych lub na podłożach o wysokim tarciu, a te szersze pęknięcia mogą podlegać wykruszaniu, infiltracji wody i pompowaniu drobnych cząstek podłoża.
Aktywność pęknięć jest najwyższa w ciągu pierwszych 90 dni po budowie, podczas których beton przechodzi większość skurczu wysychania i początkowego skurczu termicznego. Po pierwszym roku ruch pęknięć stabilizuje się na poziomie około ±0,01 do 0,03 cala na 10°F zmiany temperatury. W przypadku spoinowanych nawierzchni RCC, występowanie pośrednich pęknięć między nacinanymi spoinami nie jest rzadkie, szczególnie jeśli czas nacinania jest opóźniony lub rozstaw spoin jest nadmierny.
Zużycie powierzchni (ścieranie) występuje w nawierzchniach RCC narażonych na pojazdy gąsienicowe, ruch kół stalowych lub pługi śnieżne. Pasta powierzchniowa (cienka warstwa zaprawy cementowej na powierzchni) może ulegać erozji, odsłaniając drobne cząstki kruszywa, które mogą się wysypywać. Poważne zużycie może prowadzić do wykruszania, w wyniku którego powierzchnia staje się szorstka, a cząstki kruszywa są tracone. Zużycie powierzchni jest najbardziej widoczne, gdy:
Zużycie powierzchni mierzone jest jako głębokość ubytku powierzchni (zazwyczaj 0,02 do 0,10 cala rocznie przy dużym obciążeniu ruchem) lub poprzez klasyfikację wizualną. Szlifowanie diamentowe powierzchni usuwa słabą pastę powierzchniową i odsłania gęstą wewnętrzną matrycę, znacznie poprawiając odporność na zużycie.
Wykruszanie na spoinach i pęknięciach to wyszczerbienie lub wyłamanie betonu na krawędziach nacięcia. Przyczyny obejmują:
Stopień wykruszania klasyfikuje się jako niski (ubytek betonu w odległości do 2 cali od spoiny, głębokość poniżej 1 cala), umiarkowany (2 do 6 cali od spoiny, głębokość 1 do 2 cali) lub wysoki (ponad 6 cali od spoiny, głębokość ponad 2 cale). Wykruszanie wysokiego stopnia na spoinach może wymagać naprawy na pełną głębokość.
Pęknięcia podłużne wzdłuż spoin roboczych wskazują na słabe połączenie między sąsiednimi pasami układania. Występują, gdy czas między układaniem sąsiednich pasów przekracza 60 minut, a przygotowanie zimnej spoiny jest niewystarczające, lub gdy nacięcia spoin poprzecznych nie są wyrównane na spoinie podłużnej. Pęknięcia podłużne są zazwyczaj ciasne, ale mogą przekształcić się w szersze pęknięcia w miarę upływu czasu, szczególnie pod obciążeniem ruchem powodującym różnicowe ugięcia po obu stronach pęknięcia.
Pompowanie to wyrzucanie wody i drobnoziarnistego materiału gruntowego spod nawierzchni przez spoiny, pęknięcia lub krawędź nawierzchni pod wpływem obciążenia ruchem. Występuje, gdy:
Pompowanie prowadzi do tworzenia pustek pod nawierzchnią (utrata podparcia), co zwiększa ugięcia i przyspiesza deteriorację nawierzchni. Najczęściej występuje w nawierzchniach RCC na drobnoziarnistych podłożach bez stabilizowanej warstwy podbudowy.
Badanie gęstości w miejscu jest podstawowym badaniem odbiorczym nawierzchni RCC. Jądrowe mierniki gęstości (NDG) skalibrowane dla RCC są używane w trybie transmisji bezpośredniej zgodnie z ASTM D6938. Miernik mierzy gęstość wilgotną, gęstość suchą i zawartość wilgoci jednocześnie za pomocą sondy wprowadzanej do wywierconego otworu w świeżym betonie. Częstotliwość badań wynosi zazwyczaj jedno badanie na 500 jardów kwadratowych (420 m²) na warstwę, z minimum czterema badaniami na dzienną produkcję. Miejsca badań powinny być wybierane losowo, ale rozmieszczone na całej powierzchni ułożonej w danym dniu.
Kryterium odbioru to procent zagęszczenia w stosunku do maksymalnej gęstości suchej (MDD) określonej zmodyfikowanym badaniem Proctora (ASTM D1557). Dla większości specyfikacji:
Badanie gęstości rdzeni (ASTM C642) na wyciętych rdzeniach stanowi dodatkową kontrolę wartości gęstości polowej. Rdzenie pobiera się z częstotliwością około jednego na 1000 jardów kwadratowych, zazwyczaj po 7 do 14 dniach od ułożenia. Gęstość rdzenia zapewnia bezpośredni pomiar gęstości stwardniałego betonu, która powinna wynosić 95 do 98 procent MDD.
Grubość nawierzchni jest weryfikowana poprzez pomiar rdzeni i wykonywanie pomiarów głębokości podczas budowy. Tolerancja specyfikacji wynosi zazwyczaj ±0,5 cala (12 mm) od grubości projektowej. Niedobory mogą skutkować korektą płatności. Obszary, w których zmierzona grubość jest mniejsza niż 90 procent grubości projektowej, wymagają działań naprawczych, które mogą obejmować usunięcie i wymianę lub nakładkę.
Równość powierzchni oceniana jest za pomocą 10-stopowej (3 m) łaty przykładanej równolegle do osi nawierzchni. Dopuszczalne odchylenie wynosi zazwyczaj ±1/4 cala (6 mm) pod łatą, przy czym odchylenie mierzone jest w najgłębszym punkcie szczeliny. W przypadku nawierzchni lotniskowych tolerancja może być zaostrzona do ±1/8 cala (3 mm) zgodnie ze standardami FAA. Obszary przekraczające tolerancję wymagają szlifowania diamentowego lub działań naprawczych. W przypadku dużych projektów można zastosować profilometr bezwładnościowy do pomiaru Międzynarodowego Wskaźnika Równości (IRI), z docelowymi wartościami IRI od 80 do 120 cali/milę (1,3 do 1,9 m/km) dla nawierzchni przemysłowych i 40 do 70 cali/milę (0,6 do 1,1 m/km) dla autostrad.
Inspekcja spoin obejmuje weryfikację:
Inspekcja wizualna powierzchni RCC dokumentuje:
Kompletne badanie uszkodzeń przeprowadza się po 28 dniach i ponownie po 1 roku od budowy, aby ustalić stan wyjściowy i monitorować rozwój pęknięć.
Projektowanie nawierzchni RCC dla zastosowań ciężkich opiera się na tych samych zasadach, co projektowanie konwencjonalnych nawierzchni sztywnych, zmodyfikowanych dla specyficznych właściwości materiałowych RCC. Podstawowe parametry projektowe to:
W przypadku nawierzchni lotniskowych stosowana jest metodyka FAA Advisory Circular 150/5320-6C. Nawierzchnia jest projektowana jako sztywna z wykorzystaniem warunku obciążenia krawędzi Westergaarda, z wytrzymałością na zginanie betonu i wartością k podłoża/podbudowy jako danymi wejściowymi. Procedura projektowa daje wymaganą grubość płyty dla każdego typu statku powietrznego, a statek krytyczny (ten wymagający największej grubości) determinuje projekt. Dla projektu lotniska PDX, statkiem projektowym był Boeing 727 (masa całkowita 154 500 funtów), dając przekrój RCC o grubości 14 cali na 4 calach podbudowy z kruszywa.
W przypadku zastosowań wojskowych projektowanie odbywa się zgodnie z UFC 3-250-01FA. W przypadku zapewnienia spoin poprzecznych, dopuszcza się 10-procentową redukcję grubości, aby uwzględnić szacowane 25-procentowe przenoszenie obciążeń na spoinach. Bez spoin zakłada się warunek swobodnej krawędzi (0 procent przenoszenia obciążeń), co skutkuje grubszymi przekrojami.
Przenoszenie obciążeń w nawierzchniach RCC jest zapewniane w całości przez zazębienie kruszywa na spoinach i pęknięciach. Kruszywa o gęstym uziarnieniu i kanciastych kształtach stosowane w RCC zazębiają się mechanicznie, gdy lica spoiny lub pęknięcia są ściskane. Skuteczność przenoszenia obciążeń (LTE) mierzona jest jako stosunek ugięcia po stronie nieobciążonej do ugięcia po stronie obciążonej spoiny. Dla ciasnych spoin (szerokość poniżej 0,02 cala), typowa LTE wynosi 70 do 90 procent. W miarę otwierania się spoiny pod wpływem zmian temperatury i wilgoci, LTE spada do 50 do 70 procent. Wymaganie FAA dla nowych spoin nawierzchni sztywnych to minimalna LTE wynosząca 75 procent. RCC nie stosuje prętów dyblowych, więc LTE zależy wyłącznie od zazębienia kruszywa.
Pierwsze duże lotniskowe zastosowanie RCC — Portland International Airport (PDX), wybudowane w 1985 roku — sprawdziło się dobrze przez cały okres użytkowania. Płyta postojowa RCC o grubości 14 cali została zaprojektowana na wytrzymałość na zginanie 700 psi i obsługiwała samoloty B747, DC-10, B767 i B727 bez awarii strukturalnej. Zużycie powierzchni odnotowano w obszarach o dużym natężeniu ruchu skręcającego, które zostało rozwiązane poprzez szlifowanie diamentowe. Projekt PDX wykazał, że RCC może spełnić wymagania tolerancji powierzchni lotniska (±0,03 ft rzędnej, ±1/4 cala na 10 ft łaty) i zapewnić trwałość wymaganą dla obciążeń komercyjnych statków powietrznych.
Zastosowania wojskowe obejmują ponad 400 000 jardów kwadratowych w Fort Drum (1988), utwardzone stanowiska czołgów w Fort Hood, obiekty warsztatów sprzętowych i szlaki czołgów. Wczesne wojskowe nawierzchnie RCC wykazywały zmienną wydajność, przy czym niektóre projekty doświadczały zużycia powierzchni i pękania. Ulepszona technologia budowlana, w tym rozściełacze wysokiej gęstości, lepsza kontrola jakości i odpowiednie spoinowanie, znacznie poprawiły wydajność projektów budowanych od 2000 roku.
Nawierzchnie RCC i konwencjonalny PCC różnią się właściwościami materiałowymi, metodami konstrukcyjnymi, charakterystyką wydajnościową i kosztem. Poniższa tabela przedstawia kompleksowe porównanie:
| Właściwość | Nawierzchnia RCC | Konwencjonalna nawierzchnia PCC |
|---|---|---|
| Konsystencja mieszanki | Zerowy opad (Vebe 30-90 s) | Opad 1-4 cal (25-100 mm) |
| Wskaźnik wodno-cementowy | 0,30-0,45 | 0,40-0,55 |
| Zawartość materiałów wiążących | 11-15% suchej masy (470-550 lb/cy) | 12-16% (470-600 lb/cy) |
| Uziarnienie kruszywa | Gęste, wysoka zawartość drobnych | Nieciągłe lub gęste |
| Maksymalny wymiar kruszywa | 3/4 cala (19 mm) typowo | 1,5-2 cal (38-50 mm) |
| Metoda zagęszczania | Walce wibracyjne + ogumione | Wibratory wewnętrzne |
| Sprzęt do układania | Rozściełacz asfaltowa (wysokiej gęstości) | Rozściełacz ślizgowa |
| Zbrojenie stalowe | Brak | Dyble, pręty ściągające, siatka |
| Rozstaw spoin | 20-40 ft | 15-20 ft |
| Przenoszenie obciążeń | Tylko zazębienie kruszywa | Pręty dyblowe + zazębienie kruszywa |
| Tekstura powierzchni | Po walcowaniu lub szlifowana diamentowo | Ryflowana, szczotkowana lub rowkowana w stanie plastycznym |
| Napowietrzanie | Nieskuteczne | Wymagane dla mrozoodporności |
| Wytrzymałość na ściskanie (28d) | 4000-8000 psi | 3500-6000 psi |
| Wytrzymałość na zginanie (28d) | 550-800 psi | 500-700 psi |
| Czas do oddania do ruchu | 24-48 godzin | 7-14 dni |
| Szybkość budowy | 300-500 cy/h | 100-200 cy/h |
| Koszt względny | 70-85% kosztu PCC | Poziom bazowy |
| Równość (IRI) | 80-150 cal/mi (po walcowaniu); 40-80 cal/mi (po szlifowaniu) | 50-80 cal/mi |
| Tarcie (BPN) | 50-60 (po walcowaniu); 60-75 (po szlifowaniu) | 55-75 |
| Gęstość odbiorcza w terenie | 96-98% MDD | Nie dotyczy |
| Gęstość odbiorcza rdzeni | 95-98% MDD | Nie dotyczy |
RCC jest preferowany nad konwencjonalnym PCC, gdy:
Konwencjonalny PCC jest preferowany, gdy:
Nasz zespół świadczy kompleksowe usługi oceny nawierzchni, w tym przeglądy stanu RCC, identyfikację uszkodzeń, badania gęstości i badania przyczyn awarii dla nawierzchni lotniskowych i przemysłowych.
Beton pervious (zwany także betonem przepuszczalnym lub porowatym) to beton o wysokiej zawartości połączonych ze sobą pustek (15-35%), umożliwiający przepływ wo...
Wytrzymałość betonu to kluczowa cecha decydująca o przydatności betonu do konstrukcji takich jak pasy startowe, nawierzchnie i budynki. Obejmuje wytrzymałość na...
Beton Reaktywnego Proszku (RPC), klasa Betonu Ultra-Wysokowartościowego (UHPC), jest kompozytem cementowym zbrojonym włóknami, charakteryzującym się bardzo nisk...
