2019. április 3.

Szerzők:
Hernádi Eleonóra betontechnológus, laborvezető, Betonpartner Magyarország Kft.

Csépke Róbert okl. infrastruktúra-építő­mérnök, Budapesti Közlekedési Zrt.

Fűr-Kovács István ügyvezető, Avers Fiber Kft.

BKV nagypaneles villamospálya-lemezek aláinjektálása öntömörödő habarccsal

A nagykörúti 4-es, 6-os villamosvonal egyes források szerint a világ egyik legforgalmasabb villamosvonala mind az utaslétszámot, mind a járatsűrűséget tekintve (~11 millió elegy­tonna/év/irány). Ez a rendkívüli forgalom jelentős terhet ró a pályára, annak átlagosnál gyakoribb nagy karbantartását igényli, ami a jelenlegi felépítményi rendszernél a gyakorlatban a pályaszerkezet teljes cseréjét jelenti.


Az 1994-es és a 2006-os pályafelújítások után egy ilyen átfogó rekonstrukció van folyamatban a vonal néhány részén. 2018. június közepe és augusztus vége között villamospálya-építést hajtott végre a BKV a 4-es és a 6-os villamos vonalának több szakaszán. Ez a felújítás a budapesti villamospályák jövőbeni kialakításának újragondolására is lehetőséget adott. Az újragondolás eredménye egy betontechnológiai vonatkozású felújítási kísérlet, amelyre sor került.

A kísérleti szakaszon történtek megértéséhez vissza kell kanyarodnunk röviden a múlthoz. A budapesti villamosvonalak zúzottköves ágyazatról merev lemezes (beton-) pályákra való átépítése az 1950-es évektől folyamatosan történt, történik. Ennek során az 1970-es évek elejétől nagyon sikeresen és egyre nagyobb hosszban építették be a BKV saját fejlesztésű felépítményi rendszerét, az úgynevezett nagypaneles, tömbsínes, előregyártott vasbeton pályaszerkezeteket, amelyek a mai napig uralják a város jelentős részét. Az 1990-es évektől napjainkig azonban egyre gyakrabban alkalmazott megoldást jelentenek a helyszínen öntött monolit pályalemezek, különböző típusú sínágyazási rendszerekkel. Ezek a jelenleg legkorszerűbb pályaszerkezetek, rezgéscsillapító tulajdonságuk, rugalmasságuk, viszonylag alacsony szerkezeti magasságuk, egyszerű szerelésük, sokoldalú burkolati kialakíthatóságuk okán hatékony megoldások, de – például a Nagykörúton fekvőnél is – a síncserét is érintő esetleges felújításuk körülményes, hosszadalmas és meglehetősen drága.

A tervezett teljes átépítés beruházásának időbeli csúszásával keletkezett karbantartási beavatkozás kényszere miatt a többi között a Tűzoltó utca és a Mester utca közötti szakaszon visszatértek az évtizedek óta használt, előregyártott nagypaneles, tömbsínes, merevlemezes felépítményhez. Azért döntött a BKV a nagypaneles pályaszerkezet visszavezetése mellett, mert az előregyártott vasbeton panelek cseréje lényegesen egyszerűbben, gyorsabban oldható meg, mint a monolit pályalemezek elbontása és helyszíni újraöntése stb., így igen előnyösnek mutatkozik az életciklus-költség (LCC) elemzések alapján is. Az említett helyen azonban csak a projekt elkezdéséig kell szolgálnia a forgalombiztonságot, a felbontása után az előregyártott betonlemezek, a sínek egy másik beépítési helyen (akár a Körúton, akár egy végleges helyszínen) újra beépíthetők! Ez mutatja a gazdasági előnyösségüket is.

Az 1970-es évek óta folyamatosan fejlesztett felépítményhez új, előregyártott betonelemek (víznyelő, kábelösszekötő, sínátmeneti) kerültek bevezetésre, korszerűsödött a betonreceptúra, a sínvályú már horganyzott, de a nagypaneles pályafelépítménynek vitathatatlan előnyei mellett még néhány komoly hátránya maradt, melyekre ezen a kísérleti szakaszon kerestünk megoldást. Melyek ezek a hátrányok?

  • A kiszintezett panelek U alakú betonvályúban fekszenek oly módon, hogy a betonvályú és a panelek közötti, 0–6 cm-es változó magasságú rést bizonytalan minőségű injektált cementhabarcs tölti ki.
  • Az egyes panelelemek között nincs erőzáró kapcsolat, a panelek együtt dolgozását kizárólag a paneleken átfutó sínek biztosítják. Ezáltal a sínek nemcsak a villamosforgalom jelentette dinamikus terhelésnek, hanem jelentős statikus terhelésnek is ki vannak téve. Ezek eredője olykor jelentős alakváltozást eredményezhet.

A sínek kopásának különböző jeleiből és az elemek melletti „vízkipumpálódási nyomokból” arra lehetett következtetni, hogy a panelek alatti rést a cementhabarcsos injektálás nem megfelelően tölti ki. Ezért a vasbeton pályalemezek nem egyformán veszik fel a terhet, emiatt a panelek között átfutó sínek teherátadó elemként funkcionálnak, miközben deformálódnak, így kopásuk egyenetlen, és idő előtti tönkremenetelüket okozza.

A feladat tehát a cementhabarcsos injektálás áttervezése volt. Először is átnéztük az évtizedek óta alkalmazott injektálási technológiát, főképp annak beton/habarcs technológiáját. Az alkalmazott habarcskeverék a következő:

0/4 OH:                  1760 kg
CEMII/A-S 42,5 N:   380 kg
Víz:                           200 kg
Adalékszer:            1% lignin szulfonát alapú képlékenyítő

A kialakult munkamódszer szerint egy-egy munkamenetben 5–6 m³ injektálóanyagot használnak fel. Célszerűen ezt transzportbeton üzemben keverik meg, és mixerkocsival szállítják az építési helyszínre, ahol egy csigás injektáló szivattyú tárolótartályába folyatják, ahonnan a tömlőbe juttatják. A szállítótömlők végén lévő injektáló csőr segítségével a panelek erre kialakított furatain keresztül a panelek alá sajtolják (1., 2. kép). Ez 5–6 m³ esetén jellemzően 3–4 órát is igénybe vesz.

1. kép. A panelinjektáláshoz használatos berendezés
2. kép. Az injektáláshoz és sínfektetéshez előkészített nagypaneles, kísérleti vágányszakasz

A transzportbeton üzemből való szállításának idejét, az építési területen való beállást és átállásokat is figyelembe véve, a habarcskeverék mixerben való tartózkodása akár az 5–6 órát is elérheti. Az idő előrehaladtával fokozódó mértékben, az injektálás hatékonyságának javítására jelentős mennyiségű víz adagolása szükséges. Becslésünk szerint a tényleges v/c érték akár 0,7 felett is lehet. Ennyi többletvíz 10 százalék feletti zsugorodást is eredményezhet, aminek két káros következménye is van:

  1. A zsugorodás, vagyis a térfogat csökkenése miatt a panelek alatti rés, üreg nem töltődik ki teljesen, az alátámasztás folytonossága megszakad, bizonytalanná válik.
  2. Az ilyen nagymérvű zsugorodás miatt rengeteg repedés keletkezik. Ezek a repedések a villamosszerelvények áthaladása által keltett dinamikus igénybevétel során további tönkremenetelt okoz­nak, és ez a kitöltő anyag morzsolódásához vezet.

Ezt felismerve a feladat tehát adva volt: olyan habarcsösszetétel kidolgozása, amely kis zsugorodást eredményez a szilárdulás folyamán, és a begyakorolt kivitelezési eljárással, a megszokott gépi berendezésekkel a panelek alá beinjektálható. Ehhez az injektáló habarcsnak még további kritériumoknak is meg kell felelnie. Legyen az:

  • könnyen mozgó, lehetőleg folyós,
  • ülepedésre nem hajlamos,
  • szétosztályozódásra nem hajlamos,
  • kötéskésleltetett,
  • nagy nyomószilárdságot elérő, már rövid idő után is,
  • képes kis repedésekbe és hézagokba bejutni.

Első megoldási javaslatunk egy jól bevált adalékszertípus használata, egy úgynevezett injektálást segítő adalékszer pótlólagos adagolása volt a meglévő keverékhez. Ez a típusú szer több építéskémiai gyártónál megtalálható, igen gyakran utófeszített vasbeton elemek feszítőpászma-csatornáinak helyszíni kiinjektálására használják, de számos más területen is bevált. Az ilyen típusú szerek bekeverés után milliónyi mikroszkopikus gázbuborékot fejlesztenek a habarcsban, betonban, ezek a buborékok egyrészt – mint milliónyi golyóscsapágygörgők – a szemcsék súrlódásmentes mozgását előidézve a habarcsot, betont folyóssá teszik, másrészt megakadályozzák a szemcsék ülepedését. És ami a legfontosabb: a folyamatos gázképződés az üregekbe, hasadékokba bejutva lágy, enyhe expanziót idéz elő a habarcsban. Leggyakrabban mikronizált alumíniumpor bekeverésével érik ezt el, ami a cementtel reagálva hidrogéngázt fejleszt, és ezzel hozza létre térfogatnövelő hatását. Ez a folyamat a beton kb. 2-3 órás koráig bezárólag lejátszódik. Tehát a kötés további folyamatában nem befolyásol semmit. Ennek a kompenzálásfajtának a beton 4-8 órás korától már elvileg nincs hatása, és az normál módon zsugorodik. Az ilyen típusú szer, kiváló folyósító tulajdonsága révén, kevés keverővíz felhasználásával szűk üregekbe is segít bejuttatni a habarcsot, a víz-cement arány akár 0,38 körül is lehet. Javítja a cementfeltáródást és stabilizálja a habarcsot, ami által jelentősen csökkenti a szétosztályozódást és az ülepedést. Az előzetes laborkísérletekből azonban kiderült ennek az ígéretes megoldásnak a nagy hátránya, az ugyanis, hogy lassítja a szilárdulási folyamatot. A vizsgálatok azt mutatták, hogy hőmérséklettől függően a panelek leghamarabb 3-4 nap után vehetők igénybe. Ezért a hosszadalmas és alapos előkészítés ellenére a 4-es, 6-os villamosvonal felújításánál a nagyon rövid idejű vágányzár miatt ezt a technológiát nem lehetett alkalmazni.

Már a laborvizsgálatok során másik megoldást kerestünk. Több keverék-összetétel vizsgálata után az öntömörödő injektáló habarcsot választottuk. A villamos nagypaneles beépítésnél nehezítő tényező volt az injektálhatóság mellett a szokványostól eltérő nagy eltarthatósági idő. A betontechnológiai tapasztalatok alapján az öntömörödő habarcs alkalmazása merült fel, feltételezve a kivitelezési technológia és az eszközök megfelelését ennek a keveréknek a tökéletes beépítésére. Ennek megfelelően a keverék C30/37-04-F6 öntömörödő habarcs volt, melynek összetétele a következő:

0/4 OH:                  1690 kg
CEMII/A-S 42,5 N:   450 kg
Víz: 170 kg
Adalékszerek:           0,6 kg légbuborékképző
                                 2,0 kg kötéskésleltető
                               6,75 kg folyósítószer

Az öntömörödő tulajdonságú keverékek konzisztenciatartása és eltarthatósága nagymértékben eltér a szokványos betonokétól. A keverék extrém meleg időben került a munkaterületre, és folyamatos mozgatása elengedhetetlen volt az azonos tixotróp keverék elérése érdekében, ezért a mixer dobját az injektálás ideje alatt végig lassú ütemben mozgatni kellett (3. kép), hogy az öntömörödő tulajdonság megmaradjon.

3. kép. A tixotróp tulajdonságú habarcs „mozgatása” az injektálógép garatjában

A keverékben lévő magas szárazanyag-tartalmú folyósító és a kötéskésleltető adalékszer biztosította a jól mozgó homogén keveréket és annak konzisztenciáját. A bedolgozás lassabb ütemben zajlott, hiszen a keverékkel a panelek alatti üreget teljes mértékben ki kellett tölteni (4. kép). Ez a habarcs a korábban alkalmazott összetételhez képest magas testsűrűséggel, alacsony víztartalommal, csekély zsugorodási hajlammal, adalékszerekkel merőben másképp viselkedett. Az öntömörödő habarcs bár lassabban, de a legkisebb keresztmetszetű üregekbe is eljutott. A hidratáció befejeztével az előregyártott panelek alá zárt, meg­felelő pórusszerkezetű tömör beton került. A panelek sínek által közvetített dinamikus teher alatti mozgása, ezáltal tönkremenetele és az injektáló anyag kimorzsolódása nagymértékben csökkenthető, elkerülhető.

4. kép. Az acél síncsatorna alatti injektálás folyamata az öntömörödő habarccsal

A bemutatott, tömbsínes, nagypaneles felépítmény igen kedvező műszaki, gazdasági jellemzői úgy tarthatók meg az itt bemutatott technológiai fejlesztés során, hogy a kísérleti beépítés alatt felmerült nehézségekre megoldást találunk.
Az öntömörödő habarccsal való injektálás hosszabb bedolgozási időigényének csökkentésére már a helyszínen körvonalazódott néhány lehetőség:

  • Növelni kell a jelenleg Ø 52 mm nagyságú injektálási furatokat a betonpanelen, valamint az injektáló csőr méretét. Ennek előzetesen javasolt mérete Ø 80–100 mm között lehet.
  • Ugyanígy növelendő az injektálógép tömlőjének átmérője is.
  • Nagyobb teljesítményű injektálógép bevezetése is növelheti a bedolgozási rátát.
  • Az injektálógép garatját is el kell látni egy vibrációs eszközzel, mely az öntömörödő habarcs természetéből adódó időszakos, de részleges kiülepedések bedolgozást lassító jelenségét megszünteti.

Ezek közül a tömlő átmérőjének növelése azonnal elvégezhető beavatkozás. A többi jelentősebb áttervezést, beruházást igényel mind az eszközökön, mind a betonelemeken, ezért ezeket egy esetleges későbbi kísérlet során lehet kipróbálni.
A Nagykörúton tervezett felépítményváltás kivitelezésének következő üteme maximum 1-2 év múlva várható. Az akkor elbontásra kerülő kísérleti felépítmény (5. kép) alatti új injektálóanyag bedolgozottsági képének szemrevételezése és az addigi meg­figyelések további következtetések levonására nyújtanak majd le­hetőséget.

5. kép. A kísérleti szakasz eleje

Kedvező eredmények esetén az új, öntömörödő tulajdonságú habarcs a tömbsínes, nagypaneles technológia kizárólagos elemévé válhat, így téve teljessé az immár több mint 40 éves fejlesztési folyamatot.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022  2023  2024
Címkék

Innotéka