2019. április: jegyzet, ökológia, portré, élelmiszer, orvostudomány, tudomány, kémia, innováció, egészségipar, mikroszkópia, it, közlekedés, építés, urbanisztika, zöldkörnyezet, okostechnológia, egyetem, disszemináció, környezetvédelem
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.•

 
2019. október – Közlekedésfejlesztési különszám

2019. október – Közlekedésfejlesztési különszám

Hírlevél feliratkozás

Innotéka