Zastosowanie pianobetonu w warstwach konstrukcji nawierzchni drogowej

• Autorzy: Kadela M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.104

Warianty tytułu

EN

Application of foamed concrete in layers of pavement structure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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 zamrażaniaodmrażania. 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.

EN

Foamed concrete is classified as a lightweight concrete. It is a cement mortar in which airvoids are entrapped by foaming agent. Although foamed concrete is known for about 100 years, its practical application is mainly limited to non-structural material. For many years, the application of foamed concrete has been limited to backfill of retaining walls, insulation of foundations, roof tiles and sound insulation. However, in the last few years foamed concrete has become a promising material also for structural purposes. The paper presents the use of foamed concrete in road construction, with particular emphasis on road pavements. The results of laboratory tests and numerical analyzes are also presented. Series of tests was carried out to examine the physical parameters of foamed concrete: compressive strength, flexural strength and absorption of water. The compressive strength and flexural strength decreased with the decrease of the density of the foamed concrete, while the water absorption increased. Furthermore, the influence of 25 cycles of freezing and thawing on the compressive strength was examined. The compressive strength of foamed concrete subjected to freeze-thaw tests was only approx. 15% lower comparing to untreated specimens. The results of numerical simulations show that the maximal tensile stress in the lower zone of subbase layer, for the pavement structure KR5 and subgrade types G1÷G4, is lower than the flexural strength of foamed concrete with the density of 860÷1060 kg/m3 determined in laboratory tests. It shows potential possibility of using foamed concrete layer as a subbase for pavement structures.

Słowa kluczowe

PL

beton lekki; metody mechanistyczne; metody numeryczne; MES

EN

lightweight concrete; mechanistic method; numerical analysis; FEM

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 3/I
• Strony: 67--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kadela M.

• Instytut Techniki Budowlanej, 00-611 Warszawa, ul. Filtrowa 1, [phone]

Bibliografia

• [1] Chady A.: Zastosowanie pianobetonu przy realizacji systemów komunalnych, 2007, http://www.muratorplus.pl/technika/kanalizacja-i-odwodnienia/zastosowanie-pianobetonuprzy-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 nas 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 structuresubsoil, 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/pianobetonzastosowania (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.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)