ZASTOSOWANIE PIANOBETONU W WARSTWACH KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI DROGOWEJ

Pianobeton jest klasyfikowany jako beton lekki, który powstał poprzez zamknięcie w zaczynie cementowym porów powietrza, utworzonych przy użyciu środka pianotwórczego. Chociaż sam pianobeton jest znany od około 100 lat, praktyczne jego zastosowanie dotychczas ograniczało się głównie jako materiału niekonstrukcyjnego. Przez wiele lat był stosowany jako materiał stosowany do wypełnienia wolnych przestrzeni przy ścianach oporowych, izolacja fundamentów, warstwa pod posadzką oraz jako izolacja akustyczna. Jednakże w ostatnich latach rośnie zainteresowanie pianobetonem jako materiałem konstrukcyjnym. W artykule przedstawiono zastosowanie pianobetonu w drogownictwie, ze szczególnym uwzględnieniem nawierzchni drogowych. Przedstawiono również wyniki badań laboratoryjnych oraz analiz numerycznych, stanowiących przesłankę do zastosowania pianobetonu w warstwie podbudowy pomocniczej nawierzchni drogowej. W ramach badań laboratoryjnych, mających na celu wyznaczenie właściwości fizycznych materiału przeprowadzono badania wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na rozciąganie i badanie nasiąkliwości. Wykazano, że dla pianobetonu wraz ze wzrostem gęstości wrasta wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie, natomiast spada nasiąkliwość materiału.  Ponadto wykonano także badanie mrozoodporności, gdzie próbki pianobetonu zostały poddane 25 cyklom zamrażania-odmrażania.  Zaobserwowano 15% spadek wytrzymałości na ściskanie próbek poddanych cyklom zamrażania-odmrażania w porównaniu do próbek nie poddanych działaniu mrozu (świadków). Wyniki analiz numerycznych wskazują, że w spodzie warstwy podbudowy pomocniczej z materiałów stabilizowanych spoiwami hydraulicznymi dla nawierzchni kategorii ruchu KR5 ułożonej na podłożu o nośności G1÷G4, powstają naprężenia rozciągające niższe niż wytrzymałość na rozciąganie dla pianobetonów o gęstości 860÷1060 kg/m³.

Pełny tekst (pdf)

[1]  Chady A.: Zastosowanie pianobetonu przy realizacji systemów komunalnych, 2007, http://www.muratorplus.pl/technika/kanalizacja-i-odwodnienia/zastosowanie-pianobetonu-przy-realizacji-systemow-komunalnych_57589.html?&page=0 (dostęp: 22 lutego 2017 r.).

[2]  Decký M., Drusa M., Zgútová K., Braško M., Hájek M., Scherfel W.: Foam Concrete as New Material in Road Constructions. Procedia Engineering, Proceeding of WMCAUS 2016, vol. 161, 2016, pp. 428-433, DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.585.

[3]  Dhir R.K., Newlands M.D., McCarthy A.: Use of Foamed Construction,  Thomas Telford, Londyn 2005.

[4]  Drusa M., Fedorowicz L., Kadela M., Scherfel W.: Application of geotechnical models in the description of composite foamed concrete used in contact layer with the subsoil, Proceedings on CD of the 10th Slovak Geotechnical Conference “Geotechnical problems of engineering constructions”, Slovak University of Technology, Bratislava 2011.

[5]  Fedorowicz L., Fedorowicz J., Kadela M.: Problemy właściwej interpretacji wyników analiz układów konstrukcja-podłoże gruntowe, Górnictwo i Geoinżynieria Kwartalnik AGH, nr 35(2), 2011, s. 209-216.

[6]  Fedorowicz L., Kadela M.: Foamed concrete used a subbase for some systems structure-subsoil, Proceedings on CD of the 7th congress ENGINEERING GEOLOGY 2012, Slovak University of Technology, Bratislava 2012.

[7]  Fedorowicz L., Kadela, M.: Model calibration of line construction-subsoil assisted by experimental research, AGH Journal of Mining and Geoengineering, vol. 36, 2012, pp. 155-164.

[8]  Fedorowicz L., Kadela M.: Modelowanie numeryczne odkształceń nawierzchni drogowej w świetle wyników monitoringu na przykładzie drogi dojazdowej do kompleksu hal logistycznych, Przegląd Komunikacyjny, nr 9, 2012, s. 22-27.

[9]  Fedorowicz L., Kadela M., Bednarski Ł.: Modelowanie zachowania pianobetonu w konstrukcjach warstwowych współpracujących z podłożem gruntowym, Zeszyty Naukowe WST, nr 6, 2014, s. 73-81.

[10] Jones M.R., McCarthy A.: Preliminary views on the potential of foamed concrete as a structural material, Magazine of Concrete Research, vol. 57, 2005, pp. 21-31.

[11] Judycki J. (red.): Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, GDDKiA, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2012.

[12]   Kadela M.: Kryteria modelowania i analiz konstrukcji warstwowej współpracującej z podłożem gruntowym, Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice 2012.

[13] Kadela M.: Model of multiple-layer pavement structure-subsoil system. Bulletin of The Polish Academy of Science, Technical Sciences, vol. 64, no. 4, 2016, pp. 751-762, DOI: 10.1515/bpasts-2016-0084.

[14] Kadela M.: Problemy budowy wiarygodnego modelu konstrukcja drogowa – podłoże gruntowe, Praca zbiorowa pod red. A Wawrzynka „Wybrane zagadnienia z dziedziny budownictwa”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009, s. 433-442.

[15] Kadela M.: Układy nawierzchnia drogowa-podłoże gruntowe w modelach numerycznych i badaniach in situ. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2016.

[16] Kadela M.: Zastosowanie prostych modeli numerycznych podłoża gruntowego do opisu pracy współpracującej z nim konstrukcji warstwowej, Czasopismo Naukowe „Nauka Przyroda Technologie”, Tom 6, Zeszyt 2, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, 2012.

[17] Kadela M., Cińcio A., Kozłowski M.: Degradation analysis of notched foam concrete beam, Applied Mechanics and Materials, vol. 797, 2015, pp. 96-100, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.797.96.

[18] Kadela M., Fedorowicz L.: Model obliczeniowy układu konstrukcja warstwowa-podłoże gruntowe zgodnie z EC7, ACTA Scientiarum Polonorum ARCHITECTURA, nr 12(3), 2013, s. 17-25.

[19] Kadela M., Kukiełka A., Winkler-Skalna A.: Ocena nasiąkliwości i mrozoodporności pianobetonu, Materiały budowlane, nr 530(10), 2016, s. 50-51, DOI: 10.15199/33.2016.10.16.

[20] Kadela M., Winkler-Skalna A., Łoboda B., Kukiełka A.: PIANOBETON – charakterystyka materiałowa oraz możliwości zastosowania. Materiały budowlane, nr 7, 2005, s. 108-110, DOI: 10.15199/33.2015.07.30.

[21] Kozłowski M., Kadela M., Gwóźdź-Lasoń M.: Numerical fracture analysis of foamed concrete beam using XFEM method, Applied Mechanics and Materials, vol. 837, 2016, pp. 183‑186, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.837.183.

[22] Kozłowki M., Kadela M., Kukiełka A.: Fracture energy of foamed concrete based on three-point bending test on notched beams. Procedia Engineering, Proceeding of  7th Scientific-Technical Conference on Material Problems in Civil Engineering MATBUD'2015, vol. 108, 2015, pp. 349‑354, DOI: 10.1016/j.proeng.2015.06.157.

[23] Lee Y.L., Goh K.S., Koh H.B., Ismail B.: Foamed aggregate pervious concrete – an option for road on peat, Proceedings of MUCEET 2009,  Malaysian Technical Universities Conference on Engineering and Technology, Kuantan, Pahang 2009.

[24] LiderBudowlany: Pianobeton – zastosowanie. Beton komórkowy do badań zwykłych i specjalnych, 2014, http://www.liderbudowlany.pl/artykul/252/pianobeton-zastosowania (dostęp: 22 lutego 2017 r.).

[25] Maina J.W., Ozawa Y., Matsui K.: Linear elastic analysis of pavement structure under non-circular loading, Road Materials and Pavement Design, vol. 13(3), 2012, pp. 403-421.

[26] Nagórski R.: Mechanika nawierzchni drogowych w zarysie, PWN, Warszawa 2014.

[27] Ramamurthy R., Kunhanandan Nambiar E.K., Indu Siva Ranjani G.: A classification of studies on properties of foam concrete, Cement and Concrete Composites, vol. 31(6), 2009, pp. 388-396, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2009.04.006.

[28] Stilger-Szydło E.: Posadowienie budowli infrastruktur transportu lądowego. Teoria – Projektowanie – Realizacja, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2005.

[29] Tian W., Li L., Zhao X., Zhou M., Wamg N.: Application of foamed concrete in road engineering. ICTE 2009, 2009.

[30] www.cemex.co.uk.

[31] www.eabassoc.co.uk.

[32] www.provoton.com.

[33] Van Deijk S.: Foamed Concrete – A Dutch View. BCA, Camberley 1992.