Čo sú zmršťovacie trhliny v betónovej vozovke?

Zmršťovacia trhlina je vlasová trhlina, ktorá vzniká v betónovej doske počas tuhnutia a ošetrovania betónu.

Zmršťovanie je úbytok objemu betónu. Ak sa doska nemôže voľne pohybovať, zmršťovanie vytvára napätie. Trhlina vznikne vtedy, keď je toto napätie vyššie ako pevnosť betónu v ťahu. FHWA opisuje tri druhy zmršťovania betónovej vozovky: plastické, vysychacie a autogénne.

Ako vyzerá zmršťovacia trhlina

Príručka PAVER o poruchách a FAA AC 150/5380-6C uvádzajú rovnaký opis. Zmršťovacia trhlina je vlasová trhlina, ktorá je zvyčajne len niekoľko stôp dlhá. Nevedie cez celú dosku a zvyčajne neprechádza celou jej hrúbkou. Typicky siaha najviac 1/4 inch (6 mm) od povrchu a môže byť len v povrchovej cementovej kaši.

Prečo betón zmršťuje a prečo praská

Zmršťovanie vzniká hlavne v cementovej kaši a kamenivo pôsobí ako obmedzenie. Doska tiež leží na podklade, ktorý bráni jej pohybu. FHWA uvádza, že toto obmedzenie na rozhraní dosky a podkladu vytvára napätie. Betón je slabý v ťahu, takže vznikne trhlina, ktorá napätie uvoľní, keď je vyššie ako pevnosť v ťahu.

Škárovaná betónová vozovka to využíva zámerne. FHWA uvádza, že škáry riadia, kde vzniká praskanie. Väčšina praskania nastáva v skorom veku betónu, keď doska kladie odpor zmene objemu. FAA AC 150/5320-6G uvádza, že zmršťovacie škáry dávajú riadené praskanie, keď sa vozovka zmršťuje, pretože klesne obsah vlhkosti alebo teplota.

Plastické, vysychacie a autogénne zmršťovanie

Plastické zmršťovanie

FHWA opisuje plastické zmršťovacie trhliny ako krátke, nepravidelné trhliny na čerstvom povrchu betónu. Sú dlhé od niekoľkých centimetrov po necelý 1 m a od seba sú vzdialené od niekoľkých centimetrov po 0,6 m. Trhliny vznikajú, keď je rýchlosť vyparovania vyššia ako rýchlosť odlučovania. Čerstvý betón nie je dosť pevný, aby odolal kapilárnemu napätiu v kaši.

Počasie určuje rýchlosť vyparovania. FHWA uvádza vysokú teplotu betónu, nízku relatívnu vlhkosť a silný vietor ako podmienky, ktoré vyhovujú plastickým zmršťovacím trhlinám. Suchý podklad môže tiež odťahovať vodu z dosky. Zmes, ktorá odlučuje málo, môže vysychať aj pri normálnej rýchlosti vyparovania. Príkladom je betón na vozovku s nízkym sadaním, nízkym obsahom vody a časťou cementu nahradenou inými materiálmi. Zmes, ktorá tuhne pomaly, zostáva plastická dlhšie, takže má viac času na vysychanie. FHWA (2004) uvádza, že nie je spôsob, ako s istotou predpovedať, kedy plastické zmršťovacie trhliny vzniknú.

FHWA uvádza, že plastické praskanie nemusí nutne poškodiť vnútornú kvalitu betónu. Ak posádky betón potom dobre ošetria, chyba je skôr kozmetická.

Vysychacie zmršťovanie

Vysychacie zmršťovanie začína po stuhnutí betónu. Časť vody, ktorú betón stráca do vzduchu, je nevratná a zanecháva trvalé zmršťovanie. FHWA uvádza faktory, ktoré určujú jeho veľkosť. Sú to pomer voda a cement, typ cementu, obsah cementu, prísady, typ a množstvo kameniva a klíma. AC 150/5320-6G upozorňuje, že vysoký obsah cementu môže zvýšiť riziko praskania vysychacím zmršťovaním.

Projektanti počítajú s vysychacím zmršťovaním a plánujú ho rezaním škár. Ak betón v prvých dňoch intenzívne vysychá, trhliny môžu vzniknúť v hustejšom rozostupe, než sú riadiace škáry (FHWA).

Autogénne zmršťovanie

Autogénne zmršťovanie je zníženie objemu cementovej kaše zo samovysušovania. Pri samovysušovaní fyzikálne a chemické zmeny cementu počas hydratácie vysušujú kapilárne póry. FHWA uvádza, že je väčšie u vysokopevnostného betónu s nízkym pomerom voda a cement a menšie pri vysokom pomere. Nezávisí od transportu vlhkosti, zmeny teploty ani od vonkajšieho obmedzenia.

Dve opatrenia ho znižujú. Prvým je udržiavať vodu dostupnú počas hydratácie, vodným ošetrovaním alebo vnútorným ošetrovaním. Pri vnútornom ošetrovaní predmáčané ľahké kamenivo uvoľňuje vodu vnútri betónu. Druhým je prísada znižujúca zmršťovanie.

Ako odlíšiť plastické od vysychacieho zmršťovania

Toto rozhodnutie robia inžinieri na jadrových vzorkách v laboratóriu. FHWA uvádza tieto znaky plastickej zmršťovacej trhliny:

• Začína na odkrytom povrchu a je tam najširšia. Potom sa smerom do hĺbky zužuje, často takmer na nulu.
• Ťah deformuje boky trhliny. Cez trhlinu môžu prechádzať malé mostíky kaše a obe strany sa nedajú znovu spojiť.
• Malta, ktorú úprava vtlačila do vrchnej časti trhliny, ukazuje, že trhlina vznikla skoro.
• Vnútorná plocha trhliny má drobné guľôčky cementovej kaše. Čerstvý lom toho istého betónu má drobné uhlové roviny.

Trhlina, ktorá obchádza zrná kameniva, nie je dostatočný dôkaz plastického praskania. Kanály odlučovanej vody môžu tiež vyzerať ako plastické zmršťovacie trhliny. Kanál odlučovanej vody má znaky vodnej cesty.

Ako odlíšiť zmršťovaciu trhlinu od trhliny od zaťaženia

Zmršťovacia trhlina nie je konštrukčná porucha. Trhlina, ktorá rozdelí dosku na dva alebo tri kusy, je iná porucha. AC 150/5380-6C uvádza, že ju zvyčajne spôsobí opakované zaťaženie spolu so zmršťovacím napätím. Príručka PAVER označuje krátke vlasové trhliny ako zmršťovacie. Pre železobetón pridáva pravidlo. Trhlina užšia ako 1/8 inch (3 mm), bez odlupovania alebo výškového posunu, sa počíta ako zmršťovacia trhlina.

Doska, ktorú pretínajúce sa trhliny rozdelia na štyri alebo viac kusov, je rozbitá doska. Príručka PAVER hovorí, aby pri počítaní týchto kusov zmršťovacie trhliny ignorovala. Sieť jemných trhlín v hornej vrstve dosky je mapové praskanie. Vzor trhlín, ktorý beží rovnobežne so škárou, je D-praskanie.

PAVER dáva aj časový údaj. Plastické zmršťovacie trhliny môžu vzniknúť v deň betonáže a sú zjavné v prvom roku. Trhliny spôsobené alkalicko-kremičitou reakciou sa zvyčajne neobjavujú v prvých rokoch.

Zmršťovacie trhliny v asfalte

Táto stránka sa venuje betónovej vozovke. AC 150/5380-6C používa tento pojem aj pre asfalt. Uvádza, že pozdĺžne a priečne trhliny v pružnej vozovke môžu vzniknúť zmršťovaním alebo zúžením povrchu horúcej asfaltovej zmesi. Oxidácia a starnutie asfaltu spôsobujú zmršťovanie a teplotné výkyvy spôsobujú zúženie. Tento typ praskania nesúvisí so zaťažením.

V prieskume stavu vozovky

Príručka PAVER, ktorá implementuje metódu letiskového indexu stavu vozovky (PCI), uvádza zmršťovacie trhliny ako poruchu 73. Nedefinuje úrovne závažnosti. Kontrolór zaznamenáva len to, že zmršťovacie trhliny existujú. Doska s jednou alebo viacerými zmršťovacími trhlinami sa počíta ako jedna doska so zmršťovacími trhlinami.

FAA štúdia testovala dáta z malých dronov na šiestich letiskách. Odporúča farebnú ortofotografiu s rozlíšením 1,5 mm na pixel a model výšok s rozlíšením 6,0 mm na pixel na zisťovanie a hodnotenie porúch letiskových plôch. Pre zmršťovacie trhliny uvádza ako minimálne rozlíšenie ortofotografie 2,5 mm na pixel a hovorí, že zisťovanie nie je vždy možné. Trhliny môžu mať často veľkosť pod 1 mm.

Kontrola počas výstavby

Tri opatrenia kontrolujú zmršťovacie praskanie v novej doske. Sú to dobrá zmes, ochrana čerstvého povrchu a škáry, ktoré posádky rezú v správnom čase.

Ochrana čerstvého povrchu

FHWA uvádza, že ošetrovanie začína, keď povrch začne schnúť. V tom okamihu je vyparovanie vyššie ako odlučovanie a povrch stráca mokrý lesk. Dve bežné metódy počiatočného ošetrovania sú hmlenie a redukčné činidlá vyparovania. Hmlenie používa špeciálne hmlové trysky na zvýšenie vlhkosti tesne nad doskou. Je to najúčinnejší spôsob, ako znížiť vyparovanie. FHWA uvádza aj tieto možnosti: vlhké ošetrovanie hneď a najmenej 24 hodín, vetrové clony a tienenie.

FHWA uvádza limity rýchlosti vyparovania podľa ACI 308. Trhliny môžu vzniknúť pri 0,5 kg/m2/h a nad 1,0 kg/m2/h sú nutné opatrenia. Neskorší stručný prehľad FHWA uvádza, že inžinieri odhadujú rýchlosť pomocou Menzelovho nomogramu. Ako bežnú kritickú hodnotu uvádza 0,20 lb/ft2/h (0,98 kg/m2/h) a poznamenáva, že ľudia spochybňujú, či hodnota vyhovuje modernému betónu. FHWA pri pokynoch na ošetrovanie uvádza, že betón na vozovku odlučuje menej, než tieto limity predpokladajú, takže limity nemusia byť dostatočne konzervatívne.

AC 150/5370-10H, položka P-501, stanovuje pre novú betónovú vozovku tieto pravidlá:

• Počas úpravy povrchu nepridávajte vodu na povrch dosky. RPR môže schváliť hmlové postreky alebo iné prostriedky na úpravu povrchu proti plastickým zmršťovacím trhlinám.
• Ošetrujte všetky exponované povrchy počas 7-dňového obdobia zrenia, ktoré začína, keď je úprava hotová a odlučená voda preč.
• Škáry rezajte hneď, keď je betón dostatočne tvrdý na rezanie bez poškodenia, a ešte pred vznikom nekontrolovaných zmršťovacích trhlín.

Rezanie škár načas

FHWA uvádza, že neskoré rezanie škár umožňuje nekontrolované praskanie. To môže viesť k slabému prenosu zaťaženia a odlupovaniu. Betón musí byť najprv dosť pevný, aby uniesol pílu a jej obsluhu, a to obmedzuje, ako skoro môže rezanie začať.

AC 150/5320-6G stanovuje odporúčaný maximálny rozostup škár podľa hrúbky panelu. Hrúbka panelu riadi rozostup, nie naopak. Pri vozovke bez stabilizovaného podkladu:

AC uvádza druhú tabuľku pre stabilizovaný podklad. Tam sa rozostup pohybuje od 12,5 ft pri paneloch 8 až 10 inch po 20 ft pri paneloch nad 16 inch. Rozostup väčší ako 20 ft vyžaduje technickú analýzu v správe inžiniera. AC tiež uvádza, že menšie panely vo všeobecnosti dlhodobo fungujú lepšie.

Návrh zmesi

FHWA uvádza, že vnútorné ošetrovanie ľahkým kamenivom znižuje zmršťovanie v skorom veku a plastické zmršťovacie praskanie, ktoré k nemu patrí. Tiež uvádza, že polypropylénové vlákna môžu oddialiť plastické zmršťovacie praskanie.

Čo znamená zmršťovacia trhlina na letisku

Zmršťovacia trhlina je povrchová chyba, ktorá v metóde PAVER nemá stupeň závažnosti. Riziko je, že sa zamení s trhlinou od zaťaženia, alebo naopak. Vlasová trhlina dlhá niekoľko stôp je zvyčajne kozmetická. Trhlina, ktorá pretína dosku, nie je zmršťovacia trhlina a potrebuje konštrukčnú kontrolu. Príručka PAVER uvádza, že pozdĺžna, priečna alebo diagonálna trhlina s nízkou závažnosťou je zvyčajne spôsobená zvlnením alebo trením. Uvádza, že trhlina so strednou alebo vysokou závažnosťou je zvyčajne aktívna trhlina a vážna konštrukčná porucha.

Utesnenie trhliny zabraňuje vniknutiu povrchovej vlhkosti do konštrukcie vozovky (AC 150/5380-6C). AC 150/5380-6C odkazuje na AC 150/5370-10, položky P-604 a P-605, na tesniace prostriedky škár a trhlín.

Oprava

Pre vozovku v prevádzke AC 150/5380-6C uvádza, že zmršťovacie trhliny sú kozmetické a zvyčajne nevyžadujú opravu. Tesniaci prostriedok zabraňuje vnikaniu povrchovej vlhkosti do konštrukcie vozovky.

Pre novú dosku sa P-501 vzťahuje na trhliny až do jednej tretiny hrúbky dosky. Vyčistite trhlinu a potom naneste metakrylát s vysokou molekulovou hmotnosťou alebo injektujte epoxidovú živicu. Hlbšiu trhlinu považujte za trhlinu na celú hrúbku. P-501 túto opravu nepripúšťa, keď celkový stav vozovky robí prijateľný a trvanlivý výsledok nepravdepodobným.