Rozwiązania dla dróg i autostrad
(Styczeń 30, 2019)

Artykuł ukazał się w magazynie AUTOSTRADY, kwiecień 2018 r.
Autor: Agnieszka Poteraj-Oleksiak, GDDKiA

Artykuł poświęcono zagadnieniu wzmocnienia podłoża gruntowego oraz podbudów nawierzchni betonowych przy pomocy iniekcji geopolimerowych. Omówiono na czym polega iniekcja oraz proces realizacji prac, przeprowadzenie badań wstępnych oraz badań kontrolnych. Zwrócono uwagę na mocne strony iniekcji geopolimerowych takie jak mała uciążliwość robót, ich skuteczność  oraz wysoka efektywność ekonomiczna.

Wprowadzenie

Od kilkunastu lat w Polsce wzrasta długość sieci dróg publicznych, zwłaszcza dróg szybkiego ruchu oraz autostrad. W ostatnich 10 latach zrealizowanych zostało ponad tysiąc kilometrów dróg krajowych wybudowanych w technologii betonu cementowego. W perspektywie kolejnych kilku lat planowane są do realizacji setki kilometrów nowych nawierzchni betonowych [1]. Napięty czas procesu przygotowania i realizacji kontraktów drogowych, złożone wymagania realizacyjne, zróżnicowane warunki gruntowo-wodne w Polsce mają wpływ na jakość, dokładność i precyzję wykonania robót budowlanych. Mając na uwadze wszystkie te czynniki oraz zasadę Pareto „80/20” [2], wypada założyć, że na co piątej inwestycji drogowej z dużym prawdopodobieństwem wystąpią usterki związane z podłożem gruntowym lub niedostateczną wytrzymałością podbudowy.

 

Wiadomym jest, że różnego rodzaju usterki mają przełożenie na użyteczność techniczną konstrukcji, która ulega znacznemu skróceniu. Wychodząc z założenia, że nie jesteśmy w stanie wyeliminować 100 % błędów, jakie mogą pojawić się podczas realizacji inwestycji drogowych, ważna jest wiedza jak przewidywać i jak ograniczać niebezpieczeństwa.

Zbiór skutecznych metod

Pojawienie się usterek w konstrukcji drogowej rodzi szereg pytań, zarówno o przyczynę jak również możliwości i sposoby naprawy, rodzaj działań, jakie należy podjąć itp. Często pojawiają się wątpliwości, czy korzystać z metod stosowanych dotychczas, czy testować doświadczenia zagraniczne? Czy skuteczność rozwiązań stosowanych u innych zarządców okaże się taka sama w Polsce? Czy możliwe jest znalezienie krajowych ekspertów i doradców posiadających dostateczną wiedzę? Te i wiele innych pytań powinny skłaniać do systematyzowania doświadczeń oraz kolektywnego opracowania społecznie użytecznych rekomendacji technicznych [3]. Inwestorzy oraz zarządcy dróg powinni posiadać skuteczne i sprawdzone, a przy tym efektywne rozwiązania, których zastosowanie będzie istotnie wydłużało użyteczność techniczną nawierzchni drogowych oraz maksymalnie ograniczało skutki i koszty społeczne podejmowanych działań. W odniesieniu do tradycyjnych metod wzmacniania podłoża gruntowego, metoda iniekcji geopolimerowych jest nieinwazyjna. Brak konieczności rozbiórki elementów konstrukcji znacznie skraca czas naprawy. Jak pokazują doświadczenia zagraniczne iniekcje geopolimerowe stanowią skuteczną, szybką i efektywną metodę wzmacniania podbudów i podłoża gruntowego. Będzie o tym mowa w dalszej części artykułu.

Iniekcje geopolimerowe – na czym to polega?

Iniekcja to innymi słowy wstrzykiwanie, wtłaczanie lub wtryskiwanie cieczy lub gazów, czyli aplikowanie określonego materiału w stanie ciekłym lub gazowym do wewnątrz [4]. W technologii iniekcji wykorzystywanych w inżynierii lądowej kluczowe znaczenie ma materiał geopolimerowy, którego właściwości fizyczne, chemiczne oraz parametry wytrzymałościowe warunkują możliwość zastosowania rozwiązań efektywnych i nieinwazyjnych. W niniejszym artykule autorka używa zamiennie pojęcia materiał geopolimerowy i żywice geopolimerowe, przy czym należy pamiętać, że skład substancji geopolimerowej wykonywany jest na bazie żywic, ale w skład wchodzą również inne ściśle określone substancje.

 

 

 

Materiał geopolimerowy stanowią wysoko ekspansywne żywice o dobrych właściwościach rozszerzających oraz o wysokim przyroście wytrzymałości w stosunkowo krótkim czasie. Skład żywic dobierany jest zgodnie z warunkami miejsca aplikacji uwzględniając szereg czynników takich jak właściwości gruntu, rodzaj i nośność gruntu, obciążenie, szybkość procesu wiązania oraz zakładane parametry konsolidacji. Jednym z podstawowych parametrów charakteryzujących materiał geopolimerowy jest szybkość wiązania aplikowanej substancji, czyli procesu uzyskania wytrzymałości kohezyjnej, a przez to fizycznych i chemicznych właściwości złącza w wyniku reakcji chemicznej (polimeryzacji). Szybkość wiązania przejawia się uzyskaniem około 90-95% zakładanej wytrzymałości w czasie od 30 do 60 sekund, zgodnie z deklaracją producentów[5]. Charakterystyczną cechą materiałów geopolimerowych jest możliwość ich zastosowania w bardzo szerokim spektrum temperaturowym. Wykonywanie prac polegających na wzmocnieniu podłoża lub podbudowy konstrukcji można swobodnie wykonywać w przedziale temperaturowym od ok. -15 °C do ok. 60°C, co w skali Polski umożliwia prowadzenie prac praktycznie przez cały rok. Poza szybkim przyrostem wytrzymałości, żywice geopolimerowe charakteryzują się również wysokim współczynnikiem pęcznienie, który wacha się w przedziale 5-30 w zależności od zastosowania określonego składu substancji [5]. Bardzo ważną cechą, z punktu widzenia oddziaływania substancji jednakowo na całym obszarze wzmocnienia, jest zjawisko pęcznienia zarówno w pionie jak i w poziomie. Dodatkowo elastyczność materiału pozwala na łatwe dopasowanie i szczelne wypełnienie wzmacnianego podłoża. Wielokierunkowa ekspansywność geopolimeru ma również tą zaletę, że powoduje zwiększenie naprężeń poziomych w gruncie lub podbudowie, dzięki czemu uzyskujemy zwiększony parametr nośności [5]. W tabeli poniżej przedstawione zostały podstawowe właściwości wytrzymałościowe materiału geopolimerowego, przy czym należy podkreślić bardzo istotną zależność, jaka występuje pomiędzy wytrzymałością na ściskanie, a siłą ekspansji materiału.

 

Jeśli chcesz przeczytać cały artykuł - wypełnij formularz

  • This field is for validation purposes and should be left unchanged.