Czym jest łuszczenie w nawierzchniach betonowych?
Łuszczenie to utrata górnej warstwy płyty nawierzchni betonowej, zwykle na głębokość od 3 do 13 mm. Może wystąpić w dowolnym miejscu płyty. Podręcznik Long-Term Pavement Performance (LTPP) Federalnej Administracji Autostrad (FHWA) oznacza je jako uszkodzenie 8b na nawierzchni betonowej z dylatacjami i jako 4b na nawierzchni betonowej ze zbrojeniem ciągłym. Podręcznik FAA PAVER dla lotnisk betonowych oznacza je jako uszkodzenie 70.
Słowo znaczy to samo na drodze, na parkingu i na nawierzchni lotniskowej. Nawierzchnia sztywna to zwykle nawierzchnia betonowa. PAVER opisuje łuszczenie jako odspajanie lub rozpad powierzchni płyty do głębokości wady.
Jak to wygląda
Łuszczenie pozostawia szorstką, wyżłobioną powierzchnię. FHWA opisuje łuszczenie od środków odladzających jako rozpad najbardziej zewnętrznej warstwy zaczynu cementowego. Pozostaje warstwa sproszkowanego zaczynu, odsłonięte kruszywo albo kruszywo bez zaczynu. Odśnieżanie lub inne prace mogą usunąć tę luźną warstwę. Wtedy widoczna jest tylko złuszczona powierzchnia.
FHWA dodaje, że łuszczenie może postępować, więc nowe warstwy zaczynu giną w kolejnych cyklach. W wielu przypadkach łuszczenie pozostaje w najbardziej zewnętrznej warstwie przez jedną zimę i nie postępuje w kolejnych zimach.
Przyczyny
Podręcznik PAVER grupuje przyczyny w trzy klasy.
- Wady wykonawcze: nadmierne wykańczanie powierzchni, woda dodana do powierzchni podczas wykańczania, brak pielęgnacji betonu oraz naprawy świeżego betonu zaprawą. Zwykle dotyczą części jednej płyty.
- Wady materiałowe: niewystarczające napowietrzenie dla klimatu. Zwykle dotyczą kilku płyt z tych samych partii betonu.
- Czynniki środowiskowe: beton, który zamarza, zanim osiągnie wytrzymałość, oraz cykle termiczne wywoływane przez niektóre statki powietrzne. Zamarzanie obejmuje dużą powierzchnię. Efekty termiczne dotyczą odizolowanych obszarów.
AC 150/5380-6C FAA podaje te same dwie główne przyczyny w skrócie. Powierzchnia osłabiona przez nieprawidłową pielęgnację lub wykańczanie, a następnie poddana cyklom zamrażania i rozmrażania, może ulec łuszczeniu. Spękania siatkowe, czyli sieć płytkich włoskowatych rys, mogą do niego prowadzić.
Łuszczenie od środków odladzających
FHWA nazywa łuszczenie od środków odladzających formą uszkodzenia mrozowego, które pozostaje na powierzchni płyty. Najnowsze badania pokazują, że warstwa zaczynu na powierzchni odspaja się od płyty. Przyczyną jest siła rozciągająca w tej warstwie. Siłę tworzy rozszerzanie się warstwy lodu na powierzchni betonu. Siła jest największa, gdy roztwór zamarzający na powierzchni zawiera około 3 procent soli. Rodzaj soli nie ma znaczenia.
Dobrze napowietrzony zaczyn stawia opór łuszczeniu od środków odladzających. FHWA dlatego wiąże łuszczenie z wykańczaniem:
- Wykańczanie, gdy woda odsączająca wciąż się podnosi, może uwięzić wodę tuż pod powierzchnią. Gdy woda zamarznie, może nastąpić łuszczenie lub wykruszenie.
- Wykańczanie przy obecnej wodzie odsączającej wciska wodę w powierzchnię. To podnosi stosunek wody do materiałów spoiwowych przy powierzchni i tworzy słabszy zaczyn.
- Nadmierne wykańczanie powierzchni usuwa napowietrzenie przy powierzchni. FHWA nazywa tę utratę powietrza częstą przyczyną łuszczenia.
Napowietrzenie jest specyfikacją mieszanki. AC 150/5370-10H FAA, pozycja P-501, zaleca wyższą zawartość powietrza wraz ze wzrostem surowości ekspozycji. Dla kruszywa o maksymalnym uziarnieniu 3/4 cala zaleca 3,5 procent przy ekspozycji łagodnej, 5,0 procent przy umiarkowanej i 6,0 procent przy surowej. Surowa ekspozycja obejmuje beton narażony na środki odladzające. Strona o uszkodzeniach mrozowych wyjaśnia w całości mechanizm pęcherzyków powietrza.
Podobne uszkodzenia
| Uszkodzenie | Czym różni się od łuszczenia |
|---|---|
| Spękania mapowe | LTPP 8a. Seria rys sięgających tylko do górnej warstwy powierzchni. AC 150/5380-6C mówi, że mogą prowadzić do łuszczenia. LTPP obejmuje spękania typowe dla reaktywności alkaliów z krzemionką. |
| Spękania siatkowe | Sieć płytkich włoskowatych rys. PAVER ocenia łuszczenie o niskim nasileniu jako spękania siatkowe i liczy je tylko wtedy, gdy spodziewa się dalszego łuszczenia w ciągu 2 do 3 lat. |
| Wykruszenie | Uszkodzenie PAVER 68. Pojedynczy mały kawałek o szerokości 25 do 100 mm i głębokości 13 do 50 mm, który odrywa się przez działanie mrozu na kruszywo ekspansywne. |
| Spękania typu D | Uszkodzenie PAVER 64. Drobne rysy równoległe do spoiny, z ciemnym zabarwieniem wokół nich. Mogą prowadzić do rozpadu w odległości 0,3 do 0,6 m od spoiny. |
| Wykruszenie spoiny | Uszkodzenie PAVER 74. Rozpad krawędzi płyty w odległości 2 ft (0,6 m) od spoiny. Zwykle nie przechodzi przez całą płytę i spotyka się ze spoiną pod kątem. |
| Uszkodzenie od chemicznych środków odladzających | Nowsza forma uszkodzenia, którą opisuje FHWA. Zaczyna się i rozprzestrzenia przy spoinach. Często najpierw widać ściemnienie betonu przy spoinie. |
Nasilenie w PAVER
| Nasilenie | Co widzi badający |
|---|---|
| Niskie | Minimalna utrata zaczynu powierzchniowego. Brak potencjału FOD. |
| Średnie | Pewien potencjał FOD. Luźne fragmenty zaprawy, odsłonięte boki kruszywa grubego (mniej niż 1/4 jego szerokości) lub kruszywo gruboziarniste zaczynające się luzować. |
| Wysokie | Beton o niskiej trwałości, który wciąż odpada. Na krawędzi złuszczonego obszaru widać warstwę zaprawy powierzchniowej, a zwykłe zamiatanie nie usuwa zagrożenia FOD. |
PAVER zauważa, że zamiatanie usuwa FOD, ale beton dalej łuszczy się, aż zniknie cała dotknięta warstwa.
Sposób liczenia
W badaniu PAVER badający liczy złuszczoną płytę jako jedną płytę. Jeśli płyta ma dwa nasilenia, badający liczy wyższe. Gdy na płycie liczy spękania typu D lub reakcję alkaliów z krzemionką, łuszczenie pomija się. Jeśli na obszarze złuszczonym leży łata, liczy się tylko łuszczenie. Łuszczenie o niskim nasileniu liczy się tylko wtedy, gdy badający spodziewa się dalszego łuszczenia w ciągu 2 do 3 lat.
Podręcznik LTPP nie podaje nasilenia dla łuszczenia. Zapisuje liczbę wystąpień i powierzchnię w metrach kwadratowych.
Jak bada się odporność na łuszczenie
ASTM C672 bada odporność betonu na łuszczenie, gdy jego powierzchnia zamarza i rozmarza się pod wpływem środków odladzających. Ocena jest wizualna. Podręcznik kursu FHWA opisuje tę metodę:
- Laboratorium pokrywa powierzchnię 6 mm roztworu chlorku wapnia: 4 g w 100 mL wody.
- Każdy cykl zamraża próbkę na 16 do 18 godzin, a następnie rozmraża ją w powietrzu przez 6 do 8 godzin.
- Co pięć cykli laboratorium przepłukuje powierzchnię, ogląda ją i wymienia roztwór.
- Test zwykle trwa około 50 cykli lub więcej, aż powierzchnia będzie można ocenić.
Test pokazuje wpływ proporcji mieszanki, obróbki powierzchni i pielęgnacji na odporność na łuszczenie. Ogólną mrozoodporność betonu opisuje ASTM C666 na stronie o uszkodzeniach mrozowych.
Jak zapobiegać łuszczeniu
FHWA podaje takie wskazówki dla nawierzchni betonowej z dylatacjami.
- System pęcherzyków powietrza. Dodaj domieszkę napowietrzającą, która tworzy ochronny układ pęcherzyków powietrza. Przy ekspozycji na środki odladzające FHWA podaje za ACI 6 ± 1,5 procent całkowitej zawartości powietrza i stosunek w/cm poniżej 0,45.
- Mieszanka. Zastosuj minimalną zawartość cementu 335 kg/m³ i stosunek w/c 0,45 lub mniej. FAA Item P-501 ustala stosunek wody do spoiwa między 0,38 a 0,45.
- Wykańczanie. Wykańcz po tym, jak woda odsączająca się podniesie i zniknie. Nie przeciągaj powierzchni.
- Pielęgnacja. Pielęgnuj beton prawidłowo. Idealnie dojrzewałby 28 dni, a potem wysychał kolejne 28 dni, zanim zamarznie. Przy popiele lotnej lub cemencie żużlowym FHWA sugeruje 56 dni pielęgnacji.
- Środki odladzające. Zapewnij minimum 30 dni wysychania po pielęgnacji, zanim środki odladzające dotkną powierzchni. Stosuj je oszczędnie na młodym betonie, zwłaszcza w pierwszym roku.
- Impregnaty. Impregnaty wnikające, takie jak silan i siloksan, pomagają ograniczać wnikanie wody, gdy są prawidłowo nałożone.
- Spoiny. Sprawne uszczelnienie spoiny nie dopuszcza wody i roztworu odladzającego do płyty. Uszkodzone uszczelnienie wpuszcza roztwór i podnosi nasycenie betonu przy spoinie.
Pozycja P-501 ustala też 7-dniowy okres pielęgnacji betonu lotniskowego.
Naprawa i leczenie
Wybór zależy od tego, jak głęboko sięga uszkodzenie. Wskazówki FHWA dotyczące uszkodzeń materiałowych podają te możliwości.
- Szlifowanie diamentowe. Usuwa cienką warstwę betonu. Dobrym kandydatem jest łuszczenie powierzchniowe. Szlifowanie tylko kupuje czas, bo nie usuwa przyczyny, a nowa powierzchnia ulegnie degradacji. Nie stosuj go przy głębszym uszkodzeniu.
- Naprawa częściowej głębokości. Łuszczenie i degradacja od środków odladzających nadają się do naprawy, gdy uszkodzenie pozostaje w górnej jednej trzeciej płyty. Nie zaleca się jej przy uszkodzeniu sięgającym głębiej.
- Impregnat powierzchniowy. Przy łuszczeniu solnym FHWA sugeruje szlifowanie, a potem impregnat powierzchniowy. Impregnat leczy też rozległą degradację.
- Naprawa pełnej głębokości, nakładka lub wymiana płyty. FHWA wymienia je, obok naprawy częściowej głębokości i szlifowania, jako możliwe opcje rehabilitacji przy łuszczeniu od środków odladzających.
FAA AC 150/5380-6C mówi, że naprawa betonu cieńsza niż 2 in (5 cm) zwykle szybko się degraduje na nawierzchni lotniskowej. Zamiatanie usuwa FOD z łuszczonego betonu, ale nie zatrzymuje łuszczenia.
Na lotnisku
Łuszczenie ma znaczenie na lotnisku, bo luźny materiał to FOD. Dlatego PAVER ocenia każde nasilenie według jego potencjału FOD. Załącznik 14 ICAO, tom I, punkt 10.2.1, wymaga od lotnisk kontrolowania i monitorowania nawierzchni pola ruchu. Nawierzchnie sprawdza się w ramach programu utrzymania, który zapobiega FOD i usuwa go.
Łuszczenie jest też częścią inwentaryzacji uszkodzeń, na której opiera się wskaźnik stanu nawierzchni (PCI) według ASTM D5340. FAA AC 150/5380-6C mówi, że PCI wyznacza ASTM D5340. TarmacView planuje loty przeglądowe nawierzchni i wykonuje zdjęcia już dziś. Wykrywanie pęknięć i ocena według ASTM D5340 są w opracowaniu i oferowane jako wczesny dostęp.
Często zadawane pytania
- Czym jest łuszczenie nawierzchni betonowej?
- Łuszczenie to utrata górnej warstwy płyty betonowej. Podręcznik Long-Term Pavement Performance (LTPP) Federalnej Administracji Autostrad (FHWA) podaje głębokość zwykle od 3 do 13 mm. Może wystąpić w dowolnym miejscu nawierzchni. Podręcznik FAA PAVER zalicza je do uszkodzenia 70.
- Co powoduje łuszczenie?
- Wady wykonawcze, wady materiałowe i warunki pogodowe. Podręcznik PAVER wymienia nadmierne wykańczanie, wodę dodaną do powierzchni podczas wykańczania, brak pielęgnacji oraz niewystarczające napowietrzenie dla klimatu. Beton, który zamarznie, zanim osiągnie wytrzymałość, również łuszczy się.
- Czym jest łuszczenie od środków odladzających?
- Łuszczenie od środków odladzających to forma uszkodzenia mrozowego, które pozostaje na powierzchni płyty. FHWA wyjaśnia, że warstwa lodu na powierzchni rozszerza się i odrywa górną warstwę zaczynu od płyty. Siła lodu jest największa, gdy roztwór zawiera około 3 procent soli.
- Jak ocenia się łuszczenie w przeglądzie nawierzchni?
- Podręcznik PAVER ocenia łuszczenie jako niskie, średnie lub wysokie według potencjału FOD. Niskie nasilenie to minimalna utrata zaczynu powierzchniowego bez potencjału FOD. Wysokie nasilenie to beton o niskiej trwałości, który wciąż odpada, a zamiatanie nie zatrzymuje FOD. Podręcznik LTPP nie podaje poziomów nasilenia.
- Czy łuszczenie jest zagrożeniem FOD?
- Tak, gdy powierzchnia zrzuca luźny materiał. PAVER ocenia łuszczenie o niskim nasileniu jako bez potencjału FOD, a o średnim nasileniu jako z pewnym potencjałem FOD. Łuszczenie o wysokim nasileniu jest stałym zagrożeniem FOD, którego zwykłe zamiatanie nie kontroluje.
- Jak naprawia się złuszczony beton?
- Metoda zależy od głębokości uszkodzenia. FHWA podaje, że szlifowanie diamentowe nadaje się do łuszczenia powierzchniowego, a naprawa częściowej głębokości do uszkodzeń w górnej trzeciej części płyty. Głębsze uszkodzenie wymaga naprawy pełnej głębokości, nakładki lub wymiany płyty. Te naprawy nie usuwają przyczyny, więc nowa powierzchnia może znów się łuszczyć.
- Jak zapobiegać łuszczeniu w nawierzchni betonowej?
- Stosuj beton napowietrzony o niskim stosunku wody do spoiwa, a wykończ i pielęgnuj go prawidłowo. FHWA podaje minimalną zawartość cementu 335 kg/m3 i stosunek wody do spoiwa 0,45 lub mniej. Zaleca też minimum 30-dniowy okres wysychania po pielęgnacji, zanim środki odladzające dotkną powierzchni.
- Czym łuszczenie różni się od wykruszenia lub spękań typu D?
- Łuszczenie obejmuje ciągły obszar powierzchni. Wykruszenie to pojedynczy mały kawałek o średnicy 25 do 100 mm i głębokości 13 do 50 mm, który odrywa się od powierzchni. Spękania typu D to wzór drobnych rys równoległych do szczeliny. Mogą prowadzić do rozpadu w odległości 0,3 do 0,6 m od szczeliny.
Bibliografia
- faa-paver-concrete
- Concrete Surfaced Airfields, PAVER Distress Identification Manual US Army Engineer Research and Development Center (ERDC-CERL), for the US Air Force, June 2009
- fhwa-ltpp-dim
- Distress Identification Manual for the Long-Term Pavement Performance Program (FHWA-HRT-13-092, revised May 2014) Federal Highway Administration
- fhwa-hif-15-018
- Materials-Related Distress: Hardened Cement Paste, Best Practices for Jointed Concrete Pavements (FHWA-HIF-15-018) Federal Highway Administration, Tech Brief, June 2015
- fhwa-hif-17-008
- Chemical Deicers and Concrete Pavement: Impacts and Mitigation (FHWA-HIF-17-008) Federal Highway Administration, Tech Brief, March 2018
- fhwa-rd-01-163
- Guidelines for Detection, Analysis, and Treatment of Materials-Related Distress in Concrete Pavements, Chapter 3 (FHWA-RD-01-163) Federal Highway Administration, March 2002 (archived)
- fhwa-hmec-module-g
- Testing Hardened Concrete, Participant Workbook, Laboratory Manual (Module G) FHWA, Highway Materials Engineering Course
- faa-ac-150-5380-6c
- AC 150/5380-6C, Guidelines and Procedures for Maintenance of Airport Pavements FAA
- faa-ac-150-5370-10h
- AC 150/5370-10H, Standard Specifications for Construction of Airports FAA
To wpis referencyjny. TarmacView świadczy usługi inspekcji dronami i nie sprzedaje sprzętu ani materiałów opisanych w tym słowniczku.
