��XXVI
Konferencja awarie budowlane 2013
Naukowo-Techniczna
EL{BIETA HORSZCZARUK, Elzbieta.Horszczaruk@zut.edu.pl
PIOTR BRZOZOWSKI, Piotr.Brzozowski@zut.edu.pl
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
WPAYW PRZYGOTOWANIA POWIERZCHNI NA PRZYCZEPNOZ
BETON�W NAPRAWCZYCH UKAADANYCH POD WOD
INFLUENCE OF SURFACE PREPARATION ON ADHESION
OF UNDERWATER CONCRETE REPAIR
Streszczenie W referacie przedstawiono wyniki badaD przyczepno[ci podwodnych beton�w napraw-
czych ukBadanych na podBo|u betonowym o r�|nej fakturze powierzchni, wykonanej r�|nymi metodami.
Badania przeprowadzono z u|yciem specjalnego stanowiska badawczego umo|liwiajcego dojrzewanie
beton�w naprawczych w warunkach oddziaBywania ci[nienia hydrostatycznego. GB�wnym aspektem
badaD byBo okre[lenie wpBywu obr�bki powierzchniowej podBo|a na przyczepno[ warstwy naprawczej
betonu w warunkach zmiennego ci[nienia. Zastosowano nastpujce rodzaje obr�bki powierzchni beto-
nu: mycie niskoci[nieniowe, skuwanie mBotem pneumatycznym i piaskowanie. Zaobserwowano wyraz-
ny wpByw rodzaju obr�bki powierzchniowej na przyczepno[ podwodnych beton�w naprawczych
do podBo|a oraz na charakter zniszczenia podczas badania przyczepno[ci metod pull-off.
Abstract The paper presents the results of a study of adhesion of underwater concrete repair arranged
on concrete with different surface technology. Research was conducted using a special chamber for
concrete repair under the impact of ripening of hydrostatic pressure. The main aspect of the research was
to determine the influence of surface treatment of substrate on adhesion layer of concrete under
the pressure of the repair AC. Concrete surface was prepared by: low pressure water jetting, hand
hammering and sandblasting. Uses the following types of surface treatment of concrete: low pressure
pneumatic forging hammer and washing, sandblasting. There was a pronounced effect of surface
preparation on the adhesion of underwater concrete repair to the ground and the nature of the destruction
during the test the adhesion pull-off method.
1. Wprowadzenie
Remonty i naprawy betonowych konstrukcji hydrotechnicznych nale| do jednych z bar-
dziej skomplikowanych prac budowlanych z uwagi na rodzaje oddziaBywaD zewntrznych na
konstrukcje i wynikajc z tych oddziaBywaD oraz funkcji u|ytkowych specyfik konstrukcji
obiekt�w hydrotechnicznych. Dynamiczny rozw�j technologii betonu spowodowaB, |e w przy-
padku remontu obiekt�w hydrotechnicznych wymagajcych zastosowania okBadzin |elbeto-
wych coraz cz[ciej wykorzystuje si betony ukBadane pod wod [12, 14]. Powierzchnia napra-
wianego betonu powinna by przygotowana do reprofilacji lub wykonania zabezpieczenia
powierzchniowego tak, aby podBo|e wykazywaBo r�wnomiern wytrzymaBo[ na caBej powie-
rzchni i byBo wolne od luznych cz[ci betonu, odspojonych warstw oraz zanieczyszczeD
w postaci obcych materiaB�w [2�7, 10]. Przygotowana powierzchnia naprawianego betonu
powinna posiada wBa[ciwy stopieD szorstko[ci umo|liwiajcy zastosowanie proponowanego
do reprofilacji betonu lub systemu ochrony powierzchniowej [2�7, 10]. W przypadku prac
naprawczych betonowych obiekt�w hydrotechnicznych najcz[ciej wykorzystuje si metod
818 Horszczaruk E. i in.: WpByw przygotowania powierzchni na przyczepno[ beton�w&
hydrodynamicznego przygotowania powierzchni. Innymi czsto stosowanymi metodami s:
piaskowanie na sucho i mokro, frezowanie, dButowanie, szczotkowanie, [rutowanie czy grosz-
kowanie [1, 7, 12, 13]. Poszczeg�lne metody r�|ni si stopniem agresywno[ci, a co za tym
idzie inna jest struktura geometryczna przygotowanej powierzchni. W celu opisu struktury
geometrycznej okre[la si odchyBki ksztaBtu i poBo|enia, falisto[, chropowato[, rysy i pk-
nicia. Dob�r odpowiedniej metody obr�bki powierzchni jest wic zawsze powizany z efek-
tem jaki chce si uzyska, musi by dostosowany do wBa[ciwo[ci materiaBu, z kt�rego wyko-
nany jest naprawiany element i do [rodowiska w jakim si znajduje [4, 6]. Wyb�r metody
warunkowany jest mo|liwo[ciami technicznymi oraz czynnikami ekonomicznymi. Podstawo-
we wytyczne dotyczce sposob�w i metod przygotowania powierzchni betonowych konstru-
kcji hydrotechnicznych do remont�w i napraw mo|na znalez w pracach [7, 12, 13]. W przy-
padku napraw i remont�w obiekt�w hydrotechnicznych wykonywanych pod wod do naj-
czstszych metod obr�bki powierzchniowej naprawianego betonu nale|: metoda hydrotech-
niczna, skuwanie powierzchni mBotami pneumatycznymi lub rczne, frezowanie i piaskowanie
na mokro.
W referacie przedstawiono wyniki badaD przyczepno[ci hydrotechnicznego betonu napra-
wczego ukBadanego pod wod na poziomych betonowych elementach pr�bnych o zr�|nico-
wanym stopniu wykoDczenia powierzchni. Beton naprawczy po uBo|eniu na badanej powierz-
chni przez okres 7 dni dojrzewaB w specjalnie skonstruowanym zbiorniku, w kt�rym poddany
byB oddziaBywaniu ci[nienia hydrostatycznego o warto[ciach od 0,1�0,5 MPa, a nastpnie
przechowywany byB w wannach z wod do czasu osignicia wieku 28 dni. Przyczepno[
betonu naprawczego oznaczono metod pull-off. Dodatkowo wyznaczono r�wnie| wytrzyma-
Bo[ na [ciskanie betonu naprawczego po 7 i 28 dniach dojrzewania w zbiorniku ci[nieniowym.
2. SkBad betonu naprawczego i metodyka prowadzenia badaD
Przy projektowaniu skBadu mieszanki betonowej wykorzystano zalecenia zawarte w wy-
tycznych amerykaDskich i niemieckich opisanych w pracy [9]. Ze wzgldu na brak mo|liwo[ci
zagszczania mechanicznego oraz du|e odlegBo[ci miejsca produkcji betonu do miejsca
wbudowania wystpujce przy betonowaniach podwodnych zaBo|ono, |e mieszanka betonowa
powinna posiada odpowiedni konsystencj i urabialno[ przez okres 2 godzin, utrzymujc
rozpByw powy|ej 400 mm (od momentu wymieszania suchych skBadnik�w z wod). Ze wzgl-
du na klas ekspozycji budowle stale zanurzone w wodzie morskiej, zaBo|ono klas betonu
C40/50. Do sporzdzenia mieszanki u|yto cementu portlandzkiego CEM I 42,5N HSR/NA,
w ilo[ci 429 kg/m3. Stos okruchowy kruszywa naturalnego ograniczono do frakcji |wiru
o uziarnieniu do 8 mm. Ilo[ kruszywa wynosiBa 1869 kg/m3 przy punkcie piaskowym na
poziomie 40%. Ilo[ superplastyfikatora dobrano tak aby speBni wymagania odno[nie konsy-
stencji oraz urabialno[ci, natomiast ilo[ domieszki do beton�w podwodnych (UW) ustalono
na poziomie 1% masy cementu.
W celu przeprowadzenia badaD betonu w warunkach dziaBania zmiennego ci[nienia hydro-
statycznego zastosowano specjalnie skonstruowane stanowisko badawcze ze zbiornikiem,
kt�rego opis konstrukcji zamieszczono w pracy [8].
W badaniach wykonano dwa typy element�w pr�bnych. Elementy pr�bne typu pierwszego
(rys. 1a), objto[ci okoBo 21 litr�w, miaBy ksztaBt zbli|ony do walca i formowane byBy w for-
mach z PCV.
Po umieszczeniu formy w zbiorniku napeBniany byB on wod na wysoko[ 1 m, po czym
nastpowaBo betonowanie. Nadmiar wody usuwany byB przez zaw�r przelewowy, po skoD-
czonym betonowaniu zadawano staB warto[ ci[nienia hydrostatycznego tj.: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4
i 0,5 MPa. Beton dojrzewaB w zbiorniku przez 7 i 28 dni, a nastpnie po wyjciu byB city na
MateriaBowe aspekty awarii, uszkodzeD i napraw 819
kostki o boku 100 mm, na kt�rych po powierzchniowym osuszeniu wykonywano oznaczenie
wytrzymaBo[ci na [ciskanie. Z jednego elementu pr�bnego otrzymywano od 6�8 kostek
do badania wytrzymaBo[ci na [ciskanie.
Rys. 1. Elementy pr�bne: a) typu pierwszego do badania wytrzymaBo[ci, b) typu drugiego
do badania przyczepno[ci
Elementy pr�bne typu drugiego (rys. 1b) posBu|yBy do badaD przyczepno[ci beton�w
naprawczych do podBo|a. SkBadaBy si z wcze[niej przygotowanych podkBad�w betonowych
o [rednicy okoBo 30 cm i wysoko[ci 10�12 cm. PodkBady wykonane zostaBy z mieszanki o tym
samym skBadzie co beton naprawczy, betonowane byBy przez warstw wody a nastpnie doj-
rzewaBy w wannach z wod o temperaturze 20�2�C. W momencie nakBadania warstwy
naprawczej podkBady miaBy wiek od 3 miesicy do roku. Dla badanych podkBad�w oznaczono
wytrzymaBo[ na rozciganie metod pull-off uzyskujc zerwania przy [redniej warto[ci
napr|eD 3,68 MPa. Przed naBo|eniem warstwy naprawczej powierzchnie g�rne podkBad�w
zostaBy poddane dodatkowej obr�bce.
Zastosowano trzy rodzaje obr�bki powierzchniowej, mo|liwe do wykonania pod wod:
mycie niskoci[nieniowe z u|yciem lancy wodnej przy ci[nieniu 15 MPa (rys. 2 a);
rczne skuwanie mBotem pneumatycznym na gBboko[ 1�2 cm (rys. 2 b);
piaskowanie gBboko[ obr�bki okoBo 1 cm (rys. 2 c).
PodkBady umieszczono w formie w zbiorniku, napeBniano go wod, wylewano warstw
betonu naprawczego o grubo[ci od 3�5 cm, po czym zadawano staB warto[ ci[nienia hydro-
statycznego. Zakres i warto[ci ci[nienia byBy identyczne jak w przypadku element�w pr�bnych
typu pierwszego. Biorc pod uwag wyniki wcze[niejszych badaD wBa[ciwo[ci beton�w pod-
wodnych w warunkach oddziaBywania ci[nienia hydrostatycznego, okres dojrzewania beto-
n�w naprawczych w zbiorniku skr�cono do 7 dni. Po wyjciu ze zbiornika elementy pr�bne
typu drugiego dojrzewaBy w wannie z wod o temperaturze 20�2�C. Po 28 dniach od naBo|enia
warstwy naprawczej elementy pr�bne osuszano. Przed naklejeniem kr|k�w do badaD
pull-off, powierzchnia g�rna elementu byBa wyr�wnywana poprzez szlifowanie. Liczba
kr|k�w naklejanych na warstwie naprawczej wynosiBa ka|dorazowo 6 sztuk. Badania przy-
czepno[ci wykonano za pomoc urzdzenia DYNA 50. Podobnie jak w przypadku badaD
wytrzymaBo[ciowych wykonano tak|e elementy kontrolne z betonu referencyjnego, nie pod-
danego dziaBaniu ci[nienia hydrostatycznego.
820 Horszczaruk E. i in.: WpByw przygotowania powierzchni na przyczepno[ beton�w&
Rys. 2. Przygotowanie powierzchni podkBad�w: a) mycie niskoci[nieniowe, b) kucie mBotem,
c) piaskowanie
4. Wyniki badaD i ich analiza
Na rys. 3 przedstawiono wyniki oznaczenia wytrzymaBo[ci na [ciskanie po 7 i 28 dniach
dojrzewania beton�w naprawczych w zbiorniku ci[nieniowym oraz beton�w naprawczych
referencyjnych (niepoddanych dziaBaniu ci[nienia hydrostatycznego).
Rys. 3. WytrzymaBo[ci na [ciskanie po 7 i 28 dniach dojrzewania pr�bek beton�w naprawczych
poddanych dziaBaniu ci[nienia hydrostatycznego przez okres 7 dni
MateriaBowe aspekty awarii, uszkodzeD i napraw 821
Zaobserwowano wzrost wytrzymaBo[ci na [ciskanie wraz ze wzrostem warto[ci dziaBaj-
cego ci[nienia, wyjtkiem s tu ci[nienia 0,1 i 0,2 MPa, gdzie osignite warto[ci s ni|sze
od wytrzymaBo[ci betonu referencyjnego. Po 28 dniach dojrzewania warto[ci wytrzymaBo[ci
badanych beton�w ksztaBtuj si na poziomie okoBo 60 MPa niezale|nie od wielko[ci oddzia-
Bywujcego ci[nienia hydrostatycznego.
Wyniki przyczepno[ci betonu naprawczego do podBo|a w zale|no[ci od sposobu przygo-
towania powierzchni podano przedstawiono na rys. 4.
Stwierdzono znaczne r�|nice pomidzy osignitymi wynikami przyczepno[ci betonu
naprawczego w zale|no[ci od sposobu przygotowania powierzchni podkBadu betonowego.
Najlepsze przyczepno[ci, niezale|nie od warto[ci dziaBajcego na beton ci[nienia, uzyskano
dla podkBad�w o powierzchni piaskowanej. Napr|enia odrywajce s ponad dwukrotnie
wy|sze ni| w przypadku betonu naprawczego ukBadanego na podkBadach oczyszczanych przez
mycie niskoci[nieniowe oraz znacznie wy|sze ni| w przypadku powierzchni skuwanej
mBotem. W przypadku mycia niskoci[nieniowego oraz skuwania mBotem zaobserwowano
korzystny wpByw ci[nienia hydrostatycznego na przyczepno[ betonu naprawczego do podBo-
|a. Natomiast dla powierzchni piaskowanych najwy|sze warto[ci odnotowano w przypadku
betonu referencyjnego 0 MPa.
Rys. 4. Warto[ci napr|eD odrywajcych
Zgodnie z wymogami normy PN-EN 1542-3 w zakresie przyczepno[ci do podBo|a i wytrzy-
maBo[ci na [ciskanie materiaB�w konstrukcyjnych, w przypadku podBo|a piaskowanego beton
naprawczy mo|na zaliczy do klasy R4, a dla powierzchni skuwanych mBotem do klasy R3.
W przypadku powierzchni naprawczych oczyszczonych metod hydrodynamiczn niskoci[nie-
niow tylko przy ci[nieniu hydrostatycznym 0,4 MPa beton naprawczy mo|na zakwalifikowa
do klasy R3.
Na rysunkach 5�7 przedstawiono procentowy udziaB rodzaju zniszczeD: adhezyjnych,
kohezyjnych w materiale podkBadowym oraz adhezyjno-kohezyjnych, odnotowywanych gdy
ponad 50% zniszczenia znajdowaBo si w podkBadzie. Wraz ze wzrostem dziaBajcego ci[nie-
nia hydrostatycznego, w wikszo[ci przypadk�w, ro[nie liczba zniszczeD kohezyjnych,
822 Horszczaruk E. i in.: WpByw przygotowania powierzchni na przyczepno[ beton�w&
szczeg�lnie jest to widoczne dla ci[nienia 0,4 MPa. Zniszczenia kohezyjne dominuj w przy-
padku skuwania mBotem oraz piaskowania, w przypadku mycia niskoci[nieniowego w wik-
szo[ci s to zniszczenia adhezyjne lub adhezyjno-kohezyjne.
Rys. 5. Procentowy udziaB rodzaju zniszczeD w przypadku przygotowania powierzchni podkBad�w
poprzez mycie niskoci[nieniowe
Rys. 6. Procentowy udziaB rodzaju zniszczeD w przypadku przygotowania powierzchni podkBad�w
poprzez skuwanie mBotem
Rys. 7. Procentowy udziaB rodzaju zniszczeD w przypadku przygotowania powierzchni podkBad�w
poprzez piaskowanie
MateriaBowe aspekty awarii, uszkodzeD i napraw 823
4. Podsumowanie
Na podstawie wykonanych badaD podwodnych beton�w naprawczych ukBadanych na powie-
rzchniach poziomych w warunkach zmiennego ci[nienia hydrostatycznego stwierdzono, |e:
przygotowanie podBo|a betonowego metod piaskowania zapewniBo najwiksz przy-
czepno[ i wikszy udziaB zerwaD kohezyjnych ni| w przypadku powierzchni skuwanych
mBotem czy czyszczenia hydrodynamicznego niskoci[nieniowego.
czyszczenie powierzchni betonu metod hydrodynamiczn niskoci[nieniow okazaBo si
w przypadku badanych beton�w podwodnych poddanych oddziaBywaniu ci[nienia
hydrostatycznego metod najmniej skuteczn. Przyczepno[ betonu naprawczego do tak
przygotowanego podBo|a byBa prawie dwukrotnie ni|sza ni| dla beton�w naprawczych
ukBadanych na podBo|u piaskowanym;
zaobserwowano pozytywny wpByw wysokiego ci[nienia hydrostatycznego (powy|ej
0,2 MPa na przyczepno[ betonu naprawczego do podBo|a, niezale|nie od rodzaju zasto-
sowanej obr�bki powierzchniowej podBo|a;
wysokie warto[ci ci[nienia hydrostatycznego (powy|ej 0,2 MPa) miaBy pozytywny
wpByw na warto[ wytrzymaBo[ci na [ciskanie badanych beton�w naprawczych;
zgodnie z wymogami normy PN-EN 1054-3 tylko w przypadku podBo|a piaskowanego
zastosowany beton naprawczy mo|na zaliczy do klasy R4 przeznaczonej do napraw
konstrukcyjnych.
Literatura
1. Antkiewicz J., T|ycki W.: TrwaBo[ i przyczepno[ napraw wykonanych na betonowych
ekranach zap�r ziemnych, Nauka Przyroda Technologie, Tom 1 Zeszyt 2, Wydawnictwo
Akademii Rolniczej w Poznaniu, PoznaD 2007.
2. Czarnecki L., Adhesion A challenge for concrete repair, Concrete Repair, Rehabilitation
and Retrofitting II. (Alexander et al eds.), Taylor&Francis Group, London 2009.
3. Czarnecki L., Courard L., Garbacz A., Ocena skuteczno[ci napraw wpByw jako[ci
podkBadu betonowego, In|ynieria i Budownictwo, nr 12/2007.
4. Garbacz A., Courard L., Kostana K., Characterization of concrete surface roughness and
its relation to adhesion in repair systems. Materials Characterization, Vol. 56, 2006.
5. Garbacz A., Courard L., Piotrowski T., Znaczenie in|ynierii powierzchni w naprawach
betonu. Wsp�Bczesne metody naprawcze w obiektach budowlanych (Ed. M. KamiDski, J.
Jasiczak, W. Buczkowski, T. BBaszczykowski), Dolno[lskie Wydawnictwo Edukacyjne,
WrocBaw 2009.
6. Garbacz A., G�rka M., Courard L.: On the effect of concrete surface treatment
on adhesion in repair systems. Magazine of Concrete Research, Vol. 57, 2005.
7. Guide to Underwater Repair of Concrete, ACI 546.2R-10. ACI International, Farmington
Hills 2010.
8. Horszczaruk E., Brzozowski P., Rudnicki T.: Urzdzenie do badaD beton�w podwodnych
w warunkach oddziaBywania ci[nienia hydrostatycznego, Przegld Budowlany, nr 6/2012.
9. Horszczaruk E., Aukowski P.: Betony podwodne badania i dob�r skBadu, In|ynieria
i Budownictwo, nr 5/2009.
10. Jasiczak J., SiewczyDska M.: Przyczepno[ powBok ochronnych do [cian zbiornik�w
betonowych o zr�|nicowanym stopniu oczyszczenia powierzchni, TrwaBo[ i skuteczno[
napraw obiekt�w budowlanych (ed. M. KamiDski, J. Jasiczak, W. Buczkowski,
T. BBaszczyDski), Dolno[lskie Wydawnictwo Edukacyjne, WrocBaw 2007.
824 Horszczaruk E. i in.: WpByw przygotowania powierzchni na przyczepno[ beton�w&
11. KaDka S., SoBtysik R.: PrzykBady zastosowania technologii betonowania pod wod
w remontach budowli hydrotechnicznych. Przegld Budowlany, 7-8/2010.
12. KledyDski Z.: Remonty budowli wodnych, Oficyna Wyd. PW, Warszawa 2006.
13. Momber A.W.: Hydrodemolition of concrete surfaces and reinforced concrete, Elsevier,
Oxford 2005.
14. Tracz T., KaDka S., RadBo W.: Betonowanie podwodne betonem samozagszczalnym jako
jeden z etap�w remontu zapory w Porbce, Konferencja Dni Betonu , 9-11.10. 2006
WisBa, Wyd. Polski Cement, Krak�w 2006.
Praca naukowa finansowana ze [rodk�w bud|etowych na nauk w latach 2010�2013 jako
projekt badawczy nr N N506 233139.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
15 Sliwinski J i inni Wplyw szlifowania powierzchni?tonu na ocene jego przepuszczalnosci okreslanejWPŁYW TEMPERATUR WYSTĘPUJĄCYCH W CZASIE POśARU NA PRZYCZEPNOŚĆ STALI DO BETONU SAMOZAGĘSZCZALNEGOWpływ literatury antycznej na twórczość pisarzy epok póź~F4CWpływ Recyrkulacji Spalin na EmisjeJak przygotować psa na przyjście dzieckaPrzygotujcie Sie Na Wielkie Udr Nieznanyzamorowski wplyw redukcji nox na prace kotlowWpływ temperatury hydratacji na wytrzymałość zapraw i zaczynów z cementu portlandzkiegoWpływ układu pomiarowego na efekty aktywnej regulacji drgań konstrukcji ramowych23 Wpływ wody i tlenu na obciążalność i czas życia transformatorów energetycznychWplyw nawykow zucia na wystepowanie periodontopatiiNegatywny wpływ doświadczeń z dzieciństwa na funkcjonowanie DDAWpływ głebokosci siewu na kielkowanieWpływ grzybów domowych na wytrzymałość konstrukcji drewnianychwpływ nordic walking na parametry osób po 55 roku życiaL5 Badanie stabilności liniowego układu 3 rzędu z opóźnieniem Wpływ wartości opóźnienia na stabiwięcej podobnych podstron