Kültéri betonlemezek (4.)

Tisztelt Kollégák!

Az alépítmény megtervezése után kerülhet sor magának a betonlemeznek a méretezésére. Mint az ipari padlók esetében, a térbetonok esetében is a folytonos, rugalmas megtámasztású betonlemezként való modellfélvétel a célszerű. A térbetonok többségében nem vasaltak, nem vasbeton lemezek és nem is szálerősítéses betonok, hanem ún. nullbetonok, vasalás nélküliek, sokszor bazaltbetonok. Éppen ezért a méretezések a repedésmentes állapotban maradást célozzák meg, úgy számolják ki az igénybevételekből a lemezben ébredő effektív nyomatékokat, feszültségeket, hogy annak a betonlemez ellen tudjon állni repedés nélkül.

Tekintettel arra, hogy a beton hajlítóhúzószilárdsága a nyomószilárdságához képest egy nagyságrenddel kisebb (nyolcada, tizede) és emellett, ha a szerkezet megreped, akkor a repedés helyén jelentős terheléskapacitás-vesztés történik. Kvázi képlékeny csukló alakul ki amíg a repedéstágasság 0,4-0,5 mm-en belül marad, de ha a repedéstágasság eléri az 1,0 mm-t, akkor a teherátadóképessége a repedéssel elválasztott két táblarésznek gyakorlatilag megszűnik 10-15% alá csökken a teherátadó képesség. Ha van acélszál-, vagy statikai műanyagszál erősítés a betonban, akkor a teherátadási kapacitás még ilyen nagy repedéstágasság esetén is megmarad 30-60%-ban, és ez elég ahhoz, hogy méretezhető legyen hatékonyan hajlításra a szerkezet.

Ezért szoktuk javasolni a szálerősítést kültéri betonlemezek esetén is, tudva azt, hogy az acélszálak esetében a felületen megjelenő szálak kipereghetnek, illetve megbarnulnak a korróziótól. Sok olyan alkalmazási terület van, ahol ez nem jelent problémát, hátrányt, de pl. az állattartó telepeknél ezért nem alkalmaznak acélszálerősítést. Vannak azonban egyre nagyobb hatékonyságú makroszálas polimer erősítések is. Figyelem: a polimer mikroszálak nem alkalmasak hatékony teherátadásra a repedések, fugáknál. A szálerősítés a teherátadáson felül jótékonyan hat a repedéskorlátozásra, csökkenti a repedéskockázatot és a kialakult repedések tágasságát is, méghozzá jelentősen. Láthattuk feljebb, hogy kulcskérdés, hogy ha már a repedéseket biztonsággal elkerülni nem tudjuk, legalább a tágasságukat szorítsuk le 0,4-0,5 mm alá, vagy annak közelébe.

A kültéri betonlemezeket az alábbi fő hatások érik, melyek a repedések kialakulására, illetve azok tágasságára, valamint a teljes szerkezet teherbírásának tekintetében lényegesek: a mechanikai terhelés (rakatok, paletták, ömlesztett áruk, külső polcrendszerek, targoncák, kamionok, rakodógépek, egyéb speciális járművek stb. dinamikus hatással), környezeti terhelés (egyenlő és egyenlőtlen hőtágulás, fagy- és olvadás, azok sózásával kapcsolatos terhelés), fizikai terhelés (zsugorodás, kúszás). Ezen igénybevételek közül az ipari padlóknál a leggyakrabban csak a mechanikai és a zsugorodási igénybevételekkel kell számolni, a kültéri betonoknál viszont ezen felül, legalább akkora vagy még nagyobb mértékben hatnak a környezeti hatások. Ezek közül a méretezhető és méretezendő statikai hatás a hőtágulás, mint kényszeralakváltozás. Sok esetben ez az igénybevétel nagyobb húzó-, hajlítóhúzó hatással van a betonlemezre, mint az egyéb terhek, ezért mindig figyelembe kell ezt a hatást venni.

Leegyszerűsítve a hatásmechanizmus és a méretezés lényegét a hőtágulással kapcsolatban, két fő hatással kell számolnunk. Az egyik a lineáris, síkbeli hőtágulás, amikor a melegedés hatására tágul, lehűlés hatására pedig összemegy a szerkezet. Amíg a beton természetes zsugorodása csak összehúzó hatású, a hőmozgás jelenthet összehúzódást (csökkenő hőmérséklet esetén), de melegedés esetén hőtágulást jelent.

A gyakorlatban sajnos előfordulnak ilyen hibák, a csatlakozó szerkezetek bizony károsodhatnak a hőtágulás miatt. A beépített folyókák összetörhetnek, ha a nyári meleg miatt a táguló betonlemez összenyomja az oldalfalait, de pilléreket és szegélyszerkezeteket is kimozdíthat, valamint maga a betonlemez felület is „feltorlódhat, felgyűrődhet”.

Példaként, egy 24 m széles betonsáv a betonozás utáni 3-6 hónapban természetszerűleg zsugorodik (sőt tovább is tarthat ez a folyamat). A száradási zsugorodás mértéke az első hetekben, a szilárdulás során nagyobb, mint a későbbi időszakaszban, az idő előrehaladtával azonban csökken a zsugorodás mértéke. Egy átlagos beton száradási zsugorodása kb. 0,5 ezrelék, azaz a 24 m széles betonsáv – akadálytalan zsugorodást feltételezve – 12 mm-t zsugorodik, tehát elméletileg a betonozás időpontjához képest 6 mm-t húzódik össze a betonlemez az egyik oldalán. Ez az összehúzódás tartalékot ad a hőtágulásra vonatkozóan.

Ha a levegő lehűl, akkor a zsugorodáshoz még a lehűlésből származó összehúzódás is hozzáadódik. Hőtágulásból származó hiba melegedés esetén szokott keletkezni. Egy térbeton élettartama alatt, Magyarországon lehetséges akár 80 ⁰C-os hőmérséklet-különbség is. Kemény télen előfordulhat -20⁰C-os hideg és forró nyáron akár +60 ⁰C-os is lehet a betonlemez, erős napsütés esetén. A beton hőtágulási együtthatója 0,012 ezrelék, azaz 24 m-es hosszban 80 ⁰C-os hőmérséklet-növekedés esetén a betonszerkezet kb. 23 mm-t tágulhat (akadálytalan hőmozgást feltételezve), ami 11,5 mm tágulást jelent egy oldalon.

Az Eurocode a Magyarország területére Tmin= -15 ⁰C és Tmax= +35 ⁰C felvételét írja elő a tervezésnél. Ez a felső hőmérsékleti érték azonban elmarad az utóbbi években tapasztalt maximális hőmérsékleteknél. Az utóbbi években a levegő hőmérséklete a nyári időszakokban (rekordokat döntve) elérte, sőt meghaladta többször is a +40 ⁰C-ot, emiatt a közvetlen napsütés hatására a betonlemezek hőmérséklete több napon át, napközben meghaladhatta a +60 ⁰C-ot is. Ezek a nem várt, extrém hőhatások is hozzájárulhattak ahhoz, hogy a hőtágulás mértéke a tervezettnél nagyobb, jelentősebb volt.

Amikor a betonozás nyáron történik, a megszilárdult beton 20-25 ⁰C-os hőmérsékletű lehet, így a megszilárdult állapothoz képest erős napsugárzást feltételezve sem lehet 40 ⁰C-nál nagyobb a betonlemezt érő hőmérséklet-emelkedés (ΔT). Ez esetben az egyoldali szabad hőtágulás kb. 6 mm. Ebből a száradási zsugorodást levonva (ami szintén kb. 6 mm) a betonlemez mérete alig változik. Ennél a becslő számításnál nincs figyelembe véve a súrlódás, ami kissé csökkenti mind a zsugorodást, mind a hőmozgást.

Abban az esetben, ha a betonozás télen történik, akkor a nyári hőmérséklet emelkedés nagyobb hőtágulást okoz a megszilárdult betonlemezben. Előfordulhat +60 ⁰C-os hőmérsékletkülönbség ilyen esetekben, ami már a nagyobb hőtágulást okoz, mint a zsugorodásból származó összehúzódás. Elég, ha csak 1-3 mm-rel nagyobb a hőtágulás mértéke a zsugorodásénál, már komoly károk keletkezhet. Ugyanis, olyan nagy nyomóerők hatnak ilyenkor a csatlakozó műtárgyakra, folyókákra, amelyek a szerkezet saját állékonyságát, mechanikai szilárdságát meghaladják.

El kellene kerülni azt, hogy a hőtágulás nagyobb legyen, mint a zsugorodás, de mivel ezt elkerülni nem könnyű, ezért a csatlakozó szerkezetekhez rugalmas habcsíkot kell illeszteni. Ez egyrészt jelentős tartalékot ad a hőtágulás esetére, másrészt a dinamikus, ütőterhelésekkel szemben (targonca, tehergépjármű) is hatékony védelmet nyújt a folyókák, és a betonszélek számára (ez még nem jelent élvédelmet). Kültéren legalább 10-20 mm vastag habcsíkra van szükség, az 5 mm-es vastagság kevés. A folyókákat pedig külön, a térbetontól eldilatált kb. 1,5-2 m széles sávba kell elhelyezni, hogy ne hasson rájuk közvetlenül a hőtágulás hatása.