Betono grįžimas į kelius: kokybė, keičianti jų infrastruktūrą

Lietuvoje, kur daugelis kelių yra asfaltuoti, betoninis kelias ilgą laiką buvo nuvertinamas kaip nekokybiškas. Tačiau šiandien, kylant poreikiui, kad danga tarnautų ilgiau, o keliai būtų atsparesni sunkiai, karinei technikai, betonas po truputį grįžta, ir artimiausiu metu ši tendencija bus vis aktualesnė.

Ūkio kelių betonavimas prasidėjo dar XX a. 6 dešimtmetyje ir suklestėjo 7 ir 8 dešimtmečiais. Pagrindinės šiuo metu taikomos betono dangų įrengimo technologijos yra trys:

• voluojamojo betono technologija (RCC);
• klojamojo betono technologija (SFC);
• liejamojo betono technologija (CC).

KTU Statybos ir architektūros fakulteto doc. dr. Audrius Grinys nurodo, kad voluojamas, klojamas ir liejamas betonas yra hidrauliškai kietėjančios medžiagos, pagaminamos naudojant rišiklį – portlandcementį arba portlandcementį su II tipo priedais – papildomai hidrauliškai surištas medžiagas (lakieji pelenai, granuliuoti aukštakrosnių šlakai, SiO₂ mikrodulkės).

Voluojamas, klojamas, liejamas betonas jau dabar plačiai naudojamas kelio dangoms bei šalikelių elementams gaminti. O dėl mažesnio rišiklio kiekio voluojamo ir klojamo betono dangos yra tvarios statybos sprendimas.

RCC ir SFC pritaikymo sritys

• Didelių apkrovų objektai: jūrų ir oro uostai; karinės pramonės aikštelės; intermodaliniai, geležinkelio, laivų krovos terminalai.

• Logistikos aikštelės: komercinės pramonės aikštelės; automobilių stovėjimo aikštelės; gamybinės patalpos.

• Kelių segmentas: greitkeliai ir jų šalikelės; regioniniai keliai ir jų šalikelės; miesto gatvės ir vietinės reikšmės keliai.

„RCC dangos sujungia įvairius įprastų betoninių dangų medžiagų praktikos aspektus su kai kuriomis asfalto dangoms būdingomis statybos praktikomis. RCC dangos sutankinamos tokiu pačiu būdu kaip ir asfaltbetonis ir turi labai panašų granuliometrinį koridorių kaip ir asfaltbetonio mišinys, o RCC medžiagiškumas ir konstrukcijos eksploatacinės savybės yra panašios į įprastines betonines dangas.

Tinkama užpildų granuliometrija, tinkamas cemento ir vandens kiekis bei tanki struktūra RCC dangas padaro net stipresnes ir ilgaamžiškesnes nei įprastinio betono“, – sako A. Grinys.

Kodėl pasirenkamos betono dangos?

• Betoninės dangos yra tvarios ir reikalauja labai mažai priežiūros.

• Betoninės dangos eksploatacijos periodo gyvavimo ciklo sąnaudos mažiausios.

• Betonas prisideda prie priešgaisrinės saugos tuneliuose, nes nedega.

• Dėl savo standumo betoninės dangos sumažina transporto priemonių išmetamą CO₂ kiekį.

• Šviesi betono spalva labiau atspindi saulės šviesą, taip pat taupo gatvių apšvietimą.

• Sveika konkurencija tarp kelių klojimo pramonės taupo valstybės lėšas!

Visgi, Lietuvoje betoniniai keliai nepelnytai ilgą laiką buvo nuvertinami. „Turbūt viena priežasčių yra mūsų turimas Vilniaus–Molėtų plentas. Iki šiol klaidingai manoma, kad jis yra betoninio kelio standartas, nors tai netiesa. Tai pavyzdys kelio, kuris buvo paklotas technologiškai neteisingai, padarant daug klaidų. Todėl šiuo pavyzdžiu negalima remtis.

Daug laiko asfalto gamintojai šį betoninį kelią nurodydavo kaip prastą pasirinkimą. Lietuvoje neturime gero pavyzdžio, tačiau Lenkijoje, Vokietijoje yra daug autostradų, kur naudojamos betoninės dangos.

Tai būtina, jeigu transporto srautas didelis, jeigu norima eksploatacinį laikotarpį išlaikyti ilgą“, – sako mokslininkas A. Grinys.

Kaip užtikrinti betoninių kelių kokybę?

Pasak A. Grinio, augant betoninių kelių poreikiui, 2022 m. kilo klausimas, kaip vertinti šių kelių kokybę ir pagal kokius standartus kelių betonas turi būti gaminamas. Taip buvo pradėti taikyti dar 2013 m. patvirtinti LST EN 13877-1:2023 „Betono dangos. 1 dalis. Medžiagos“ ir 13877-2:2023 „Betoninės kelio dangos. 2 dalis. Betoninių kelio dangų funkciniai reikalavimai“ standartai, pagal kurį apibrėžiami reikalavimai medžiagoms ir konstrukcijoms. Visoje Europoje voluojamo, klojamo ir liejamo betono kelių dangos gaminamos pagal šiuos patvirtintus standartus.

Pavyzdžiui, kelių betono ir kelių betono mišiniams numatytos pagrindinės charakteristikos ir jas reglamentuojantys standartai:

• betono gniuždymo stipris – LST EN 12390-3:2019;
• betono lenkimo stipris – LST EN 12390-5:2019;
• betono tankis – LST EN 12390-7:2019;
• betono atsparumas šalčiui tūrinio užšaldymo ir atšildymo metodu – LST 1428-17:2024;
• betono atsparumas dilumui – LST EN 1338:2003/AC:2006, H priedo Bohme metodas;
• betono tempimo stipris skeliant (kai keliami reikalavimai) – LST EN 12390-6:2024;
• betono atsparumas šalčiui vienpusiu užšaldymo ir atšildymo metodu (kai keliami reikalavimai) – LST 1428-19:2016;
• betono atsparumas cikliškam užšalimui ir atitirpimui, kai naudojamos ledą tirpinančios druskos. Atskilinėjimas (kai keliami reikalavimai) – CEN/TS 12390-9:2016;
• LST EN 206-1 taikymo taisyklės ir papildomieji nacionaliniai reikalavimai, betono nelaidumas vandeniui (keliami reikalavimai) – LST 1974:2012;
• vandens įsiskverbimo gylis veikiant slėgiui (kai keliami reikalavimai) – LST EN 12390-8:2019;
• mišinio slankumas (kai taikoma) – LST EN 12350-2:2019;
• mišinio sutankinamumas (kai taikoma) – LST EN 12350-4:2019;
• mišinio sklidumas (kai taikoma) – LST EN 12350-5:2019;
• mišinio tankis (kai taikoma) – LST EN 12350-6:2019;
• oro kiekis mišinyje (kai taikoma) – LST EN 12350-7:2019.

Betono grįžimo į kelius iššūkiai

Mokslininkų teigimu, nors betoniniams keliams kloti reikalingos kitokios medžiagos, o kartais ir speciali įranga, rangovai randa sprendimų ir netgi yra linkę investuoti.

Pavyzdžiui, RCC betonas klojamas su asfalto klojimo įranga, o tinkamam sutankinamumui pasiekti naudojami statiniai arba dinaminiai volai. SFC betonas klojamas specialiu įrenginiu valcu su jame integruotais vibravimo mechanizmais.

Tačiau norint, kad proveržis iš tiesų įvyktų, labai svarbu valstybinės politikos formavimas ir dėmesys. „Lietuvoje turime tūkstančius betoninių stovėjimo aikštelių, bet jos dažniausiai skirtos naudoti privačiai.

Dabar populiarėja klojamas ir voluojamas betonas. Kelininkams ypač tinkamas klojamas betonas, tada gali būti naudojami asfalbetonio klotuvai. Keičiantis poreikiui, vyksta tam tikras persiorientavimas.

Todėl čia galėtų atsirasti vieta diskusijai su valstybe. Verslas nenorės investuoti, atsisakyti turimos įrangos be tam tikrų garantijų. Vyriausybėje galėtų būti formuojamos gairės: gal tam tikros kategorijos keliai paliekami asfaltui, o kiti – betonui. Galėtų atsirasti ir koks nors finansavimas įrangai įsigyti. Čia daug erdvės diskusijoms, kur link norime judėti ir kaip tai pasiekti“, – teigia A. Grinys.

Laboratoriniai KTU tyrimai betono kokybės tema

Betono kokybė keliams yra itin svarbi, nes tai dangos, turinčios atlaikyti dideles apkrovas, aplinkos poveikį, temperatūrų svyravimą ir net cheminius pažeidimus. Didžiausi iššūkiai, galintys paveikti betono kokybę, yra šie:

• atsparumas šalčiui ir šarminei korozijai;
• tinkamo mišinio pasirinkimas;
• atsparumas cheminiam poveikiui.

2016 m. KTU Statybinių medžiagų ir konstrukcijų tyrimų centras sukūrė ir akreditavo betono šarminės korozijos (BŠK) nustatymo metodiką „BŠK-1/2016“. Ši metodika yra taikoma nustatant įvairių betono sudėčių, kurios skirtos eksploatuoti natūraliose lauko sąlygose arba patalpų viduje esant didesniam konstrukcijos drėgniui, bandinių atsparumą betono šarminei korozijai.

„Šarminė betono korozija su Lietuvos karjerų užpildais nėra tipinė, t. y. ji nepasižymi didelėmis tūrinėmis betono deformacijomis, tačiau gali įvykti betono paviršiuje, sukeldama vadinamuosius paviršiaus atšokimus (angl. pop out) ties reaktyviuoju užpildu.

Jei betono sudėtyje yra reaktyviųjų užpildų, kuriuose yra amorfinio SiO₂ (opokos ar titnago), ties pastaraisiais betono paviršiuje gali įvykti lokali šarminė betono korozija atskeliant betono paviršiaus dalį. Būtent dėl šių priežasčių KTU tyrimų centras akreditavo betono šarminei korozijai vertinti sukurtą metodiką („BŠK-1/2016“), kuri yra tinkama Lietuvos sąlygomis“, – sako M. Daukšys.

Pagal šią metodiką, siekiant nustatyti, ar gamintojo pateikta betono sudėtis yra atspari BŠK, suformuoti betono bandiniai yra laikomi sočiųjų garų aplinkoje apie 60 °C temperatūroje. Po 5, 10, 15 ir 20 savaičių yra matuojami bandinių ilgio pokyčiai ir vizualiai įvertinamas jų paviršius pagal toliau pateiktus kriterijus.

Rezultatų vertinimas

Po 20 savaičių išlaikymo klimatinėje kameroje vizualiai apžiūrimos visos šešių (trijų) betono bandinių šoninės plokštumos (jos sudaro apytikriai 0,50/0,25 m² plotą). Atskirai užrašomas betono paviršiuje aptiktas tamsių bei baltų dėmių kiekis, lokalių BŠK židinių – lokalių paviršiaus atšokimų kiekis ir makroplyšių aptikimo atvejai.

Ribiniai BŠK vertinimo kriterijai po 20 savaičių išlaikymo klimatinėje kameroje:

• vidutinė santykinė betono bandinių plėtimosi deformacija ≤ 0,050 % (atskiram bandiniui ≤ 0,060 %);
• lokalūs betono paviršiaus atšokimai – turi nebūti (0);
• tamsių dėmių kiekis betono paviršiuje – nėra;
• baltų dėmių kiekis betono paviršiuje – nėra;
• makroplyšiai – turi nebūti (0).

Betono sudėtis gali būti pripažinta atspari BŠK ir eksploatuotina Lietuvoje natūraliomis sąlygomis, jei visų šešių (trijų) betono bandinių plėtimosi deformacijos, makroplyšiai, tamsios ar baltos dėmės ir lokalūs paviršiaus atšokimai neviršija anksčiau nurodytų verčių.

Chloridų migracijos tyrimai

Tiltai, viadukai, estakados, įvairios nuotekų surinkimo sistemos dažnai veikiamos aplinkos drėgmės, šalčio ir įvairių druskų tirpalų – chloridų, kurie žiemą naudojami ledui tirpinti.

Būtent chloridai yra agresyvios medžiagos, kurios prasiskverbdamos į betoną ir, priklausomai nuo betono struktūros ir aplinkos agresyvumo, pasiekdamos betone esančią armatūrą inicijuoja jos korozijos procesą – rūdžių susidarymą. Metalui rūdijant, atsiranda betono plėtros deformacijų, įtrūkimų, kyla pavojus, kad apsauginis betono sluoksnis atskils.

„Būtent chloridų migracija šiuo metu yra viena svarbiausių tyrimų sričių betono ilgaamžiškumui įvertinti. Armatūrą veikiantys chloridai ardo oksiduotos geležies paviršių, paskui vyksta tolesnė oksidacija. Svarbu izoliuoti betoną nuo drėgmės, nes vanduo – agresyvių komponentų katalizatorius.

Betone esančiai armatūrai nuo korozijos apsaugoti naudojamos įvairios dangos bei inhibitoriai korozinės aplinkos aktyvumui mažinti“, – sako KTU Statybos ir architektūros fakulteto Laboratorijų centro vadovas dr. Ernestas Ivanauskas.

Norint numatyti tinkamą betono sudėtį, labai svarbu įvertinti šį aplinkos poveikį. Lietuvoje projektuojant hidrotechninius ar melioracinius statinius aplinkos sąlygos klasifikuojamos pagal STR 2.05.05:2005 ,,Betoninių ir gelžbetoninių konstrukcijų projektavimas.

Pagal šį reglamentą aplinkos sąlygų klasifikavimas taip pat suskirstytas į šešis poveikius:

• nėra korozijos ar agresijos rizikos;
• karbonizacijos sukeliama korozija;
• chloridų, bet ne jūros vandens, sukeliama korozija;
• jūros vandens chloridų sukeliama korozija;
• užšaldymo (atšildymo) poveikis be druskos arba su ja;
• cheminis poveikis.

„Dėl neigiamos Cl jonų įtakos armatūros elementams yra ribojamas Cl kiekis betono sudėtyje. Nurodomas bendras chloridų kiekis betono mišinyje, procentais nuo cemento masės, kuris neturi būti viršytas, kad būtų užtikrinta armatūros korozijos prevencija. Jei betonas veikiamas jūros druskų, taikomi papildomi reikalavimai pagal eksploatacines aplinkos poveikio klases (XC, XD, XS ir kt.).

Nors šiuo metu betono mišinio gamintojui, norinčiam deklaruoti betono aplinkos poveikio klases XS ir XD, užtenka pateikti reikiamą vandens cemento santykį (V/C), mažiausią cemento kiekį, kg, ir nurodyti betono gniuždymo stiprio klasę, pavyzdžiui, C35/45 pagal LST EN 206 F1 lentelę, mano nuomone, ateityje privalėtume atlikti tyrimus, nustatant chloridų skverbties lygį suprojektuotoje betono sudėtyje ir tik tada pagal gautas vertes priskirti betoną vienai ar kitai aplinkos poveikio kategorijai“, – sako mokslininkas.

Pasak E. Ivanausko, chloridų migracija yra vienas svarbiausių parametrų, apibrėžiančių gelžbetonio ilgaamžiškumą, nes nuo to priklauso, kaip greitai prasidės armatūros korozijos procesai, dėl kurių atsiras įtrūkimų, paskui ims atskilinėti dalis betono apsauginio sluoksnio, saugančio armavimo elementus nuo išorinės aplinkos.

Atsidengus armatūrai, reikšmingai pagreitės jos korozijos ir atitinkamai betono struktūros ardymo procesai. Chloridų poveikį gali sumažinti betono mikrostruktūra (jos tankis, nesusisiekiantys kapiliarai, aplinkos poveikiui atsparesnio rišiklio parinkimas ir t. t.,) o nuo to priklausys laidumo parametrai ir cemento matricos mineralinė sudėtis bei chloridų cheminio surišimo galimybės.

Lietuvoje tyrimus dėl chloridų poveikio betonui atlieka KTU Statybinių medžiagų ir konstrukcijų tyrimų centras, naudodamas europinius standartus.

• LST EN 12390-11:2015 „Sukietėjusio betono bandymai. 11 dalis. Betono atsparumo chloridams nustatymas esant vienkryptei difuzijai“.
• LST EN 12390-18:2021+A1:2024 „Sukietėjusio betono bandymai. 18 dalis. Chloridų migracijos koeficiento nustatymas“.

„KTU atlikti tyrimai rodo, kad betono mišiniai, kurių gamyboje naudojamas maltas dolomitas ar opokinis cementas CEM II/ A-P 52.5 N, yra atsparesni chloridų įsiskverbimui. Tokios tendencijos rodo, kad klausimas svarbus, o rinkos dalyviai supranta, kad tikslus, o ne apytikslis tam tikro rodiklio nustatymas užtikrina daug tvaresnę ir ilgaamžiškesnę konstrukcijos įrengimo kokybę“, – pažymi E. Ivanauskas.