Zabezpečenie predpínacích pevností betónu na mostoch D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec

Na diaľničnom úseku D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec sa vyhotovujú betónové konštrukcie mostov s požiadavkami na rýchly nárast pevnosti betónu v tlaku po 48 hodinách. Dôvodom je technológia letmej betonáže.

Medzi dvomi zábermi treba vykonať všetky prípravné práce na betonáž nasledujúceho úseku vrátane predpínania výstuže. Vzhľadom na požiadavku na predpínaciu pevnosť je nevyhnutné používať také vstupné materiály na výrobu transportbetónu, ktoré zabezpečujú rýchly nárast pevnosti betónu v tlaku.

V prípade negatívneho vplyvu poveternostných podmienok, najmä v zime, treba počítať so zníženým nárastom pevnosti betónu v prvých dňoch tvrdnutia, prípadne treba tieto straty minimalizovať používaním špeciálnych zimných superplastifikačných prísad a inými opatreniami.

Ako nepriamy dôkaz nárastu pevnosti betónu v konštrukciách možno použiť monitorovanie teploty betónu pomocou termočlánkov uložených na ľubovoľnom mieste vo vnútri konštrukcie alebo skúšanej vzorky.

Pri betonáži mostov na realizovanom úseku diaľnice D3 Čadca, Bukov – Svrčinovec sa dodávatelia betónu stretli s požiadavkou rýchleho nárastu pevnosti betónu vzhľadom na včasné dodatočné predpínanie výstuže pri používaní technológie letmej betonáže.

Táto požiadavka sa v letných mesiacoch pri horúcich klimatických podmienkach tvrdnutia betónu s veľkou rezervou spĺňala, ale pri pôsobení chladných klimatických podmienok pri betonáži v zimných mesiacoch sa táto rezerva postupne zmenšovala.

Aby sa zabezpečilo tempo výstavby a zabránilo časovému sklzu, boli príslušní technológovia vyzvaní urobiť opatrenia, ktoré mali zabezpečiť nárast pevností betónu v tlaku aj v takýchto kritických obdobiach. Išlo najmä o obdobie do 48 hodín po betonáži, keď z časového harmonogramu vyplývalo, že má dôjsť k predpínaniu výstuže dobetónovanej lamely a k príprave na betonáž nasledujúcej lamely.

Prostriedky na urýchlenie tvrdnutia betónu v chladných klimatických podmienkach

Pri betónovaní v takýchto podmienkach zaväzuje norma STN EN 206/NA výrobcov betónu k tomu, aby teplota betónu pri vykládke neklesla pod +5 °C, resp. +10 °C pri teplote vzduchu nižšej ako -3 °C. To možno bez väčších problémov dosiahnuť ohrevom zámesovej vody, dôležité však je, aby si betón zachoval svoju teplotu aj počas procesu tvrdnutia.

Najmä ak ide o potrebu dosiahnuť jeho pevnosť pri predpínaní po dvoch dňoch. Veľmi významný vplyv na udržanie teploty v betóne má správne ošetrovanie.

Okrem štandardných a vzhľadom na technologické predpisy dôsledne využívaných postupov ošetrovania betónu na stavenisku bolo v chladných klimatických podmienkach schválené aj používanie špeciálnej superplastifikačnej prísady s urýchľovacím účinkom Berament®A3, ktorá zabezpečila rýchlejší nárast pevnosti betónu.

Zároveň sa ako jeden z najvýznamnejších a zároveň najjednoduchších prostriedkov na urýchlenie tvrdnutia betónu aj zvýšil obsah cementu v betóne a súčasne sa znížil vodný súčiniteľ. Urýchlenie tvrdnutia betónu v chladných klimatických podmienkach je však vždy podmienené udržaním dostatočnej teploty betónu v konštrukcii.

Nárast pevností je potom o toľko väčší, o koľko je vyššia teplota tvrdnúceho betónu v debnení. Urýchlený chemický proces hydratácie cementu v raných štádiách tvrdnutia betónu môže zase spätne mierne znížiť teplotné straty v konštrukcii účinkom tvorby hydratačného tepla. Výsledkom by mala byť dostatočná pevnosť betónu v tlaku pri predpínaní.

Diagnostika rozvoja tepla v konštrukcii pomocou termočlánkov a nárast pevnosti betónu

Na potvrdenie predpokladov o spolupôsobení teploty betónu v debnení a nárastu raných pevností betónu v čase od betonáže do predpínania výstuže sa v niektorých lamelách objektu SO 211-00 Most na diaľnici nad údolím v km 41,884 umiestnili termočlánky, ktoré zaznamenávali nárast teploty v konštrukcii a teplotu vonkajšieho prostredia (obr. 1).

Termočlánky boli umiestnené aj vo vzorkách v debne na stavenisku, ktorá slúži na uloženie vzoriek na stavenisku. Debna bola zateplená a simulovala tak podmienky tvrdnutia betónu v masívnych konštrukciách mostových lamiel.

Na spustenie procesu predpínania výstuže je nevyhnutné, aby pevnosť betónu v tlaku meraná na vzorkách vyhotovených na stavenisku a ošetrovaných uvedeným spôsobom dosiahla tzv. predpínacie pevnosti.

Vychádza sa pritom z predpokladu, že pri rovnakých podmienkach tvrdnutia bude pevnosť betónu v konštrukcii v tom čase približne rovnaká ako pevnosť betónu meraná na vzorke. Podobný priebeh teploty a jej nárast v konštrukcii a vo vzorke mal potvrdiť približne rovnaký nárast pevností na týchto dvoch skúmaných miestach.

Realizácia, výsledky meraní, vyhodnotenia a závery

Realizácia lamiel, v ktorých sa nachádzali termočlánky, prebiehala v termínoch 20. 2. 2019 (lamela č. 357) a 1. 3. 2019 (lamela č. 358). Čerstvý betón triedy C 45/55-XC4, XD1, XF2 (SK)-Cl 0,2-Dmax16-S4 sa dovážal z neďalekej betonárne Strabag, s. r. o., ktorá bola aj objednávateľom diagnostiky pomocou termočlánkov. Minimálna pevnosť betónu v tlaku na predpínanie mala predpísanú hodnotu 41,0 MPa, dosiahnuteľnú ideálne za dva dni.

Prvé meranie

V prípade prvého merania teplôt boli termočlánky umiestnené v najkritickejšom mieste konštrukcie, teda na okraji lamely mostovky, kde bola hrúbka konštrukcie asi 250 mm (obr. 1 – HD krídlo vpravo, obr. 2). Táto časť konštrukcie bola pravdepodobne najviac vystavená chladnému prostrediu a mrazom, a teda mohla predstavovať najslabší článok, čo sa týka nárastu pevností betónu.

Ako vidieť na obr. 3 (teploty v konštrukcii) a na obr. 4 (teploty v skúšobnej vzorke v debne) priebeh teploty je v oboch prípadoch takmer identický, pričom maximálna dosiahnutá teplota v oboch prípadoch je okolo +30 °C v čase približne 20 hodín po začiatku betonáže. Teploty konštrukcie aj vzorky po 48 hodinách zhodne dosahujú hodnoty okolo +8 °C.

Vzorka uložená v debne sa následne vyskúšala na pevnosť v tlaku po 48 hodinách, hodnota bola 45,2 MPa. Na základe tohto zistenia možno predpokladať, že pri podobných teplotných podmienkach v konštrukcii a vo vzorke bude rozvoj raných pevností v konštrukcii takmer rovnaký ako rozvoj pevností na vzorke a pri predpínaní sa dosiahne požadovaná pevnosť aj v tej najkritickejšej časti konštrukcie.

Druhé meranie

Druhé meranie teplôt sa zameralo na masívne časti konštrukcie, pričom sa zaznamenávali aj teploty v okrajovej časti konštrukcie a teploty vzoriek, aby boli výsledky relevantné a vzájomne porovnateľné s prvým meraním. Druhé meranie potvrdilo predpoklad, že v masívnych častiach konštrukcie sa vyvinie hydratačné teplo v oveľa väčšej miere ako v okrajových častiach konštrukcie.

Jednotlivé hodnoty nárastu teploty betónu v debnení možno vyčítať z grafov na obr. 5 a 6. Maximálna teplota v konštrukcii bola v priemere nad +50 °C a dosiahla sa po viac ako 24 hodinách od začiatku betonáže. Po dvoch dňoch sa teplota v masívnych častiach konštrukcie pohybovala ešte stále na úrovni približne +40 °C.

Záver

Na základe výsledkov meraní pevnosti betónu na vzorkách, teploty vzoriek, teploty v konštrukcii a z poznatkov vývoja hydratačného tepla a raných pevností v pretepľovaných konštrukciách možno usudzovať, že pevnosť betónu v tlaku v čase predpínania lamiel bezpečne prevyšuje požadované hodnoty.

S prispením všetkých opatrení vynaložených na urýchlenie tvrdnutia betónu, ako je zvýšenie dávky cementu, používanie vhodných superplastifikátorov, správne ošetrovanie a používanie teplej zámesovej vody, možno na tomto diaľničnom úseku zabezpečiť rýchle a bezpečné napredovanie prác pri výstavbe mostov.

Martin Šuster pôsobí v spoločnosti Betón Racio, s. r. o.