PL206537B1 - Wzmocniona włóknami, kompozycja betonowa do ubijania walcem i sposób wytwarzania nawierzchni drogi z tej kompozycji - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206537 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 359002 (51) Int.Cl.

(22) Data zgłoszenia: 27.04.2001 E04C 5/01 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

27.04.2001, PCT/FR01/001304 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

02.08.2001, WO01/54471

Wzmocniona włóknami, kompozycja betonowa do ubijania walcem i sposób wytwarzania nawierzchni drogi z tej kompozycji (30) Pierwszeństwo:

03.05.2000, FR, 00/05624 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

23.08.2004 BUP 17/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.08.2010 WUP 08/10 (73) Uprawniony z patentu:

CHAUSSEES TECHNIQUES INNOVATION, Paryż, FR (72) Twórca(y) wynalazku:

BENOIT FICHEROULLE,

La Celle Saint Cloud, FR MARC HENIN, Rixensart, BE (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Ewa Wojasińska

PL 206 537 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wzmocniona włóknami kompozycja betonowa do ubijania walcem i sposób wytwarzania nawierzchni drogi z tej kompozycji.

Kompozycje betonowe do ubijania walcem różnią się od typowych betonów wylewanych lub wibrowanych tym, że dla uzyskania podobnych właściwości mechanicznych wymagają one zmniejszonej ilości cementu i mają zmniejszoną zawartość wody. Ta niższa zawartość wody umożliwia osiągnięcie nośności wystarczającej do obróbki materiału z zastosowaniem maszyn wykańczających do asfaltu tak, aby ubijać je za pomocą ubijarek wibracyjnych i ubijarek na kołach gumowych, a następnie udostępniać ją bez opóźnienia dla ruchu. Konsystencja betonu wylewanego wymaga przetwarzania z zastosowaniem typowych technik typu gładzenia listwowego lub maszyny wibracyjnej z deską równającą i umożliwia otwarcie drogi dla ruchu jedynie po wystarczającym czasie twardnienia, który na ogół wynosi co najmniej 7 dni.

Znane jest umieszczanie włókien metalowych w obu typowych rodzajach betonu wymienionych powyżej. Włókna metalowe stosowane w drogownictwie przemysłowym to zazwyczaj włókna typu drutu ciągniętego, na ogół składające się z drutów o średnicy 1 mm. Rozmaite istniejące włókna różnią się od siebie typami aktywnego mocowania w betonowej matrycy. Znane są włókna, z których wytwarza się tak zwane mocowania odkształcalne, np. włókna haczykowate, takie jak sprzedawane przez firmę Bekaert pod nazwą handlową „Dramix lub włókna faliste takie jak te sprzedawane przez firmę Trefil Arbed. Druga firma produkuje także włókno sprzedawane pod nazwą handlową „Twincone, które ma nieodkształcalne stożki na każdym z końców. Ten typ mocowania jest znacznie bardziej sztywny, niż mocowania otrzymane z zastosowaniem haków lub falistości, włókna nazywa się włóknami całkowicie mocującymi.

Po wzmocnieniu włóknami stalowymi, typowe betony wibrowane lub wylewane umożliwiają produkcję podłóg przemysłowych (często pokrytych, a zatem mniej narażonych na warunki atmosferyczne i zmiany temperatury niż nawierzchnia dróg) o dużych wymiarach w zakresie aż do 2000 m², bez połączeń, przy czym właściwości włókien umożliwiają wykonywanie połączeń znacznie oddalonych od siebie. Jednakże, tych betonów nie można było dotychczas stosować skutecznie do wytwarzania ciągłych nawierzchni dróg, bez połączeń, pomimo korzyści, które daje takie zastosowanie. Wynika to stąd, że względnie duża ilość cementu i wody w tych betonach powoduje hydrauliczne kurczenie się, do którego dołącza się kurczenie termiczne. Mechaniczne naprężenia są takie, że włókna nie są zdolne do ich kontrolowania. W efekcie, zjawisko kurczenia się betonu prowadzi do znacznie większego pękania niż w przypadku podłogi, mającego niedopuszczalny stopień otwarcia często przekraczający 1 mm otwarcia. Zatem konieczne jest wytworzenie połączeń w tych nawierzchniach dróg z wibrowanego betonu z włóknami takimi, aby lokalizować efekty kurczenia się i zmniejszać wielkości pęknięć. To powoduje utratę zalet ekonomicznych ciągłych nawierzchni dróg i znacznie spowalnia rozwój betonów z włóknami dla dróg.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5865000 ujawniono typowy beton wzmocniony włóknami stalowymi, który zmodyfikowano w celu zwiększenia jego wytrzymałości na zgniatanie aż do wartości powyżej 80 N/mm². W celu zwiększenia tej wytrzymałości, beton zawiera po pierwsze 5 do 10% ultradrobnych wypełniaczy, takich jak dymiona krzemionka, w stosunku do wagi cementu, tym samym umożliwia wypełnienie luk międzywęzłowych w betonie.

Po drugie, ponieważ woda wywiera wpływ na zmniejszanie wytrzymałości betonu, stosunek woda/cement utrzymuje się na poziomie poniżej 0,4. Jednakże według tego opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki, konieczne jest dodawanie dużych ilości superplastyfikatora, ponieważ ten typ domieszki pomaga kompensować małą ilość wody, nawet pomimo tego, że obecność ultradrobnych wypełniaczy wymagałaby używania dużych ilości wody. W przykładach 2 i 3 tego opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki ilość spoiwa hydraulicznego (cement plus mikropucolana) jest duża (440 k/m³), co jest przeciwieństwem wymagania zmniejszania ilości cementu w betonie do ubijania walcem, a ilość plastyfikatora (2,5%) jest bardzo duża, natomiast taka ilość nie jest konieczna w betonie do ubijania walcem, mają cym podobny stosunek woda/cement.

Znany jest sposób wytwarzania trwałych nawierzchni dróg z wylewanego betonu, bez połączeń, ten sposób nazywa się procesem ciągłego wzmocnionego betonu (CRC), w którym stalowe pręty, na ogół o średnicy 16 mm, łączy się razem w ciągły sposób na całej długości nawierzchni. Po położeniu prętów stalowych wylewa się beton, na ogół stosując przesuwną betoniarkę drogową z listwą kształtującą. Jednakże, ciągły wzmocniony beton jest nadal techniką trudną do stosowania i kosztowną.

PL 206 537 B1

Ze względu na zalety betonów do ubijania walcem w porównaniu z typowymi wylewanymi, wibrowanymi lub wytłaczanymi betonami, opracowano różne wzmocnione włóknami betony do ubijania, których skład odpowiednio przystosowano i włókna dobrano tak, aby uzyskać ciągłą nawierzchnię drogi lub przemysłową powierzchnię wykonaną z betonu, w której pękanie jest równomiernie rozłożone i zawiera ograniczoną liczbę pęknięć.

W tablicy I poniżej podano wyniki badań porównawczych pęknięć obserwowanych w części nawierzchni dróg wytwarzanych z ubijanego betonu wzmocnionego z zastosowaniem włókien całkowicie zamocowanych „Twincone, w porównaniu z betonem do ubijania wzmocnionym z zastosowaniem włókien falistych, w porównaniu z ciągłym wzmocnionym betonem.

T a b l i c a I

	Ciągły beton wzmocniony	Ubijany beton z włóknami falistymi	Ubijany beton z włóknami „Twincone
Liczba pęknięć na odcinku o długości 200 metrów	60	11	15
Średnia odległość pomiędzy pęknięciami (m)	3	20	15
Średnie otwarcie pęknięcia (mm)	I	2,5	I
Suma wielkości pęknięć na odcinku o długości 200 metrów (mm)	60	27, 5	15

Ciągły wzmocniony beton będący wzorcem ciągłego betonu bez połączeń, wykazuje drobne i ściśle oddzielone pękanie. W ubijanym betonie wzmocnionym włóknami falistymi, pęknięcia są znacznie oddalone, lecz szerokie. Gdy stosuje się włókna „Twincone, suma wielkości pęknięć jest o 30% mniejsza niż obserwowana w przypadku wł ókien falistych. Dla celów tego opracowania przyjmuje się, ze zachowanie się betonu wzmocnionego włóknami całkowicie zamocowanymi zbliża się do zachowania ciągłego wzmocnionego betonu, przy czym włókna umożliwiające mocowanie wykazują lepsze działanie niż włókna faliste. W kontekście badania stanowiącego podstawę do tablicy I, testy wykazały, że zmiana pęknięć w betonie do ubijania walcem wzmocnionym włóknami „Twincone jest równoważna pęknięciom ciągłego wzmocnionego betonu.

Ponadto fig. 1 z załączonych rysunków ilustruje wyniki porównawczego testu wyrywania całkowicie zamocowanego włókna „Twincone A i odkształcalnego włókna mocującego B, oba włókna mające taką samą średnicę 1 mm. W świetle tego wykresu można stwierdzić, że zastosowanie całkowicie zamocowanych włókien jest konieczne do wytwarzania ciągłych nawierzchni dróg bez połączeń, te włókna są zdolne do lepszego ograniczania otwartych pęknięć.

Zgłoszenie patentowe nr FR 2684397 ujawnia kompozycję betonową do wytwarzania nawierzchni dróg bez połączeń, mająca określony skład, który obejmuje nieodkształcalne mocowania włókien takie jak ujawnione w europejskich zgłoszeniach patentowych EP 130191 i EP 098825.

Podobnie, w celu poprawienia mocowania tak zwanych cylindrycznych włókien haczykowatych pierwszej generacji stosowanych w wylewanych betonach, haki wymienionych włókien były spłaszczone. Takie włókna są sprzedawane pod nazwą handlową np. „Dramix FL 45/50” i stanowią przedmiot zgłoszenia patentowego WO 97/11239.

Obecnie dąży się do zastosowania całkowicie zamocowanych włókien lub włókien bardzo silnie wzmacniających do wytwarzania ciągłych nawierzchni dróg bez połączeń, mniej wzmacniające włókna, takie jak włókna faliste lub haczykowate stosuje się tylko w wibrowanych kompozycjach betonowych do wytwarzania posadzek przemysłowych lub w betonach natryskiwanych.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest wytworzenie wzmocnionej włóknami kompozycji betonowej do ubijania walcem umożliwiającej ograniczenie występowania pęknięć, przy jednoczesnej kontroli otwartych pęknięć.

Osiąga się to wytwarzając wzmocnioną włóknami kompozycję betonową do ubijania walcem według wynalazku, zawierającą kruszywo, hydrauliczne spoiwo i włókna metalowe z odkształcalnym mocowaniem, które są zbudowane z cylindrycznych w przybliżeniu drutów mających mniej więcej prostą podłużną część środkową wydłużoną na każdym końcu w środkowy element zakrzywionego zakończenia, które ma kształt zapobiegający zaczepianiu dwóch sąsiadujących włókien, wymienione włókna mają:

- ś rednicę pomię dzy 0,38 i 1,05 mm;

- dł ugość cał kowitą pomię dzy 19 i 80 mm;

PL 206 537 B1

- długość zakończeń pomiędzy 1,5 i 4 mm;

- przesunięcie poprzeczne pomiędzy częścią centralną i każ dą koń cówką co najmniej 0,75 mm;

- kąt rozwarty (α, α') mniejszy lub równy 160° pomiędzy każdym elementem środkowym zakończenia i częścią centralną;

- kąt rozwarty pomiędzy każ dym elementem środkowym i końcówką; i

- minimalną wytrzymałość na rozciąganie 900 N/mm², i wymieniona kompozycja ma zawartość spoiwa hydraulicznego pomiędzy 180 i 400 kg na metr sześcienny betonu, zawartość wody pomiędzy 90 i 150 litrów na metr sześcienny betonu, ilość włókien metalowych pomiędzy 25 i 60 kg na metr sześcienny betonu i zawartość plastyfikatora i/lub domieszki opóźniającej co najwyżej równy 1,8% wagowych spoiwa hydraulicznego.

W sensie wynalazku, spoiwo hydrauliczne składa się z kombinacji, w róż norodnych proporcjach, klinkieru, zmielonego żużla, popiołu lotnego, gipsu (gipsu fosforanowego lub gipsu bezwodnego) i ultradrobnych dodatków (dymiona krzemionka, pucolana).

Nieoczekiwanie stwierdzono, że włókna wybrane według wynalazku, do wprowadzenia do kompozycji betonowej do ubijania walcem, dały lepsze wyniki w sensie ograniczenia i kontroli pękania. Zastosowanie włókien takich jak opisane powyżej, które mają zakrzywione zakończenia i są w przybliżeniu cylindryczne na ich całej długości, w kompozycji betonowej do ubijania walcem, nieoczekiwanie umożliwiają uzyskanie właściwej równowagi pomiędzy ograniczeniem liczby pęknięć i ograniczeniem otwarcia istniejących pęknięć.

Całkowicie zamocowane lub bardzo sztywno mocowane włókna mają dużą wytrzymałość mocowania aż do otwarcia pęknięcia na 1 mm. Jednakże, jeśli pęknięcie otwiera się bardziej, włókna zawodzą i następuje bardzo gwałtowne zmniejszenie efektu zszywania krawędzi pęknięcia.

Aż do otwarcia pęknięcia na 1 mm, włókno według wynalazku daje silny efekt mocowania, prawie równoważny efektowi włókna całkowicie zamocowanego. Ponadto właściwości wzmacniające utrzymują się aż do znacznie większych wielkości pęknięć, w zakresie aż do 3 do 4 milimetrów. Kompozycja według wynalazku wykazuje plateau ciągliwości, zapewniając znacznie większe bezpieczeństwo niż efekty uszkodzenia obserwowane powyżej 1 mm przy zastosowaniu włókien całkowicie zamocowanych, np. w przypadku lokalnego zapadnięcia podłoża nawierzchni drogi i otwarcia pęknięcia, które może przekraczać 2 mm.

Korzystnie, druty tworzące włókna mają średnicę pomiędzy 0,65 i 0,85 mm i stosunek długość całkowita/średnica pomiędzy 65 i 85. W szczególności, włókna mają stosunek długość całkowita/średnica około 80. Według jednego szczególnego rozwiązania, każde zakrzywione zakończenie powstaje z prostej części połączonej z częścią centralną przez wymienioną odchyloną część zawierającą co najmniej dwa zgięcia.

Korzystnie, włókna stosowane według niniejszego wynalazku mają średnicę 0,7 mm, długość całkowitą 60 mm i wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 1100 N/mm². Te włókna mają także zaletę, że przy takiej samej ilości wagowej w betonie, znajduje się tam dwukrotnie większa liczba włókien niż typowo stosowanych włókien o średnicy 1 mm. Z powodu większego nakładu pracy podczas ciągnienia drutu, cieńszy drut ma także większą granicę plastyczności nadającą mu lepsze właściwości niż drut o średnicy 1 mm.

Pękanie obserwowane w betonach otrzymanych z kompozycji według wynalazku pozostaje ograniczone do wartości pomiędzy 0,3 i 1 mm. Jako wynik takiego ograniczenia pękania, cząstki kruszywa w betonie, tworzące nieregularną powierzchnię ścianek pęknięcia, pozostają wzajemnie osadzone i utrzymane w pozycji, efekt osadzenia zapewniają włókna zamocowane w matrycy betonu po każdej stronie pęknięcia. Takie wzajemne blokowanie cząstek kruszywa i włókien, które zapewnia, że brzegi pęknięcia są „zszyte razem oznacza, że pęknięcie kontrolowane w ten sposób nie osłabia znacznie ogólnej struktury nawierzchni. Pęknięcie nie jest aktywne, to znaczy że nie zmienia się pod obciążeniem ciężkiego ruchu w czasie eksploatacji drogi. Ponadto, ponieważ brzegi pęknięcia pozostają mechanicznie unieruchomione przez kontakty wewnętrzne z kruszywem pomiędzy składnikami betonu, włókna są w konsekwencji mniej narażane do zmęczenie. To zapewnia dobrą trwałość nawierzchni. Ponadto wykazano, że jeśli otwarcia pęknięć pozostają poniżej 1 mm, woda możliwie zawierająca sól przeciwoblodzeniową nie wnika w takie pęknięcie, nawet jeśli płynie po powierzchni. Ryzyko korozji włókna wewnątrz pęknięcia jest zatem ograniczona.

Stosowane kruszywo zawiera od 70 do 100% pokruszonych materiałów, mających ostre naroża i kwadratowy kształt, oraz ma cząstki o wymiarze pomiędzy 0 i 14 mm, co zapobiega zjawisku segregacji, tj. pewnego rodzaju rozdzielania elementów gruboziarnistych. Ponadto, korzystnie, kompozycja

PL 206 537 B1 betonowa zawiera domieszkę plastyfikatora, która ułatwia ubijanie przez smarowanie pomiędzy cząstkami kruszywa i prowadzi do uzyskania gęstości betonu około 2400 kg/m³ z korzystnymi konsekwencjami, takimi jak większa wytrzymałość i możliwość zmniejszenia ilości spoiwa hydraulicznego.

Optymalną zawartość wody określa się stosując zmodyfikowany test Proctor'a i zmienia się ona pomiędzy 4 i 6% suchych składników betonu.

Korzystnie kompozycja ma zawartość spoiwa hydraulicznego około 250 do 300 kg na metr sześcienny betonu, zawartość wody 4 do 6% wagowych suchych składników betonu, tj. około 100 do 150 litrów wody na metr sześcienny betonu, oraz zawartość włókien metalowych pomiędzy 25 i 50 kg, korzystnie pomiędzy 30 i 40 kg, na metr sześcienny betonu. Na przykład kompozycja zawiera 280 kg spoiwa hydraulicznego i 110 litrów wody na metr sześcienny betonu.

Korzystnie, zawartość domieszki wynosi co najmniej 0,3% wagowych spoiwa hydraulicznego. Możliwe jest uzyskanie efektu smarowania pomiędzy cząstkami kruszywa z zastosowaniem małej ilości plastyfikatora, np. 0,3 do 0,5% wagowych spoiwa hydraulicznego. Z drugiej strony efekt opóźniający zestalanie betonu, jeśli stosuje się ten sam produkt w celu uzyskania efektów plastyfikacji i opóźnienia, można otrzymać tylko stosując większe ilości plastyfikatora, np. minimum 0,7% wagowych spoiwa hydraulicznego, jeśli jest pożądane utrzymanie obrabialności świeżego betonu przez około 20 godzin, np. w celu ponownej obróbki betonu położonego poprzedniego dnia w następnym dniu.

Kompozycję betonową według wynalazku można stosować do wytwarzania lub wzmacniania struktur drogi lub powierzchni przemysłowych mających wytrzymać ciężkie obciążenia kołowe, takie jak wytwarzane np. przez częste przejazdy samochodów ciężarowych, ciężkich pojazdów lub samolotów o dużym ciężarze użytecznym.

Kompozycja według wynalazku umożliwia położenie warstwy betonu, która ma wytrzymałość na zginanie zmienną w sposób ciągły w szerokim zakresie otwarcia pęknięć, np. od 0 do 4 mm i bez uszkodzenia włókna. W jednym poszczególnym przypadku, zmiana wytrzymałości w wymienionym zakresie odbiega od jej wartości nominalnej o mniej niż 20%.

Materiał według wynalazku poddaje się obróbce za pomocą ciężkich maszyn wykańczających z deską równającą, które stanowią element wyposażenia na ogół stosowanego do obróbki materiałów bitumicznych, albo za pomocą równiarki. Następnie beton jest ubijany przez ubijarkę o wadze kilku ton, mającą jeden lub dwa walce wibracyjne. Po takim ubijaniu można stosować ugniatanie uzyskiwane przez działanie ubijarki na kołach gumowych, np. z obciążeniem 3 do 5 ton na koło.

Wzmocniony włóknami ubijany beton można następnie bezpośrednio pokrywać bitumiczną warstwą ścieralną nawierzchni, utwardzanie betonu można prowadzić z zastosowaniem emulsji bitumowej z ładunkiem żwiru. Nawierzchnia drogi składająca się z podstawowej warstwy betonu według wynalazku, następnie pokrytej bitumiczną warstwą ścieralną nawierzchni ma zaletę oddzielenia funkcji -beton cementowy zapewniający strukturę o długiej żywotności pod ciężkim ruchem i asfalt bitumiczny umożliwiający uzyskanie powłoki mającej bardzo specyficzne właściwości, np. asfalt porowaty który absorbuje deszczówkę i/lub asfalt wygłuszający, który ogranicza hałas. Warstwę betonu można także pokryć mikrobetonem mającym dużą zawartość cementu, składającym się z mieszaniny trzech składników, mianowicie cementu, piasku wypełniającego (mającego dużą zawartość drobnych cząstek) i piasku zawierającego niewielką ilość cząstek drobnych, piasek wypełniający zawiera poniżej 10 do 20% cząstek drobnych, mniejszych niż 0,080 mm.

Oprócz zastosowania w produkcji nowych ciągłych nawierzchni dróg bez połączeń, mających bardzo dobrą trwałość, wzmocniony włóknami beton do ubijania walcem według wynalazku można stosować jako wzmocnienie nawierzchni.

Jednocześnie ze wzmocnieniem, ten sposób umożliwia także kontrolę problemu powstawania kolein w nawierzchniach bitumicznych przez dodanie cienkiej warstwy mającej grubość 5 do 18 cm, pokrytej cienką lub bardzo cienką warstwą asfaltu bitumicznego.

Wynalazek będzie lepiej zrozumiały i następne cechy, szczegóły, właściwości i zalety staną się bardziej oczywiste, na podstawie następujących szczegółowych opisów poszczególnych korzystnych rozwiązań według wynalazku, w odniesieniu do załączonego schematycznego rysunku.

PL 206 537 B1

W tym rysunku:

- fig. 1 przedstawia wykres ilustrujący stan techniki i zawiera wyniki testów wyrywania dla włókna całkowicie zamocowanego i włókna z odkształcalnym mocowaniem, oba mające średnicę drutu 1 mm;

- fig. 2 przedstawia częściowy schematyczny widok boczny włókna, które można stosować w kompozycji wedł ug wynalazku; i

- fig. 3 przedstawia wykres ilustrujący testy wygięcia kilku graniastosłupów wykonanych z kompozycji według wynalazku, w porównaniu z kompozycjami według stanu techniki.

Zgodnie z fig. 2, kompozycja według wynalazku zawiera włókna metalowe składające się z drutów 10 mających zakrzywione zakończenia 12. Druty mają w przybliżeniu cylindryczny przekrój na całej swej długości L oraz w przybliżeniu prostą część centralną 11 rozciągniętą po każdej stronie przez odchylony element środkowy 13 dociera do wymienionego zakończenia 12. Każda część 12 utworzona z prostej części połączonej z częścią centralną 11 przez wymienioną odchyloną część środkową 13, która ma co najmniej dwa zgięcia. Druty mają średnicę d pomiędzy 0,38 i 1,05 mm, długość całkowitą L pomiędzy 19 i 80 mm i minimalną wytrzymałość na rozciąganie 900 N/mm².

Dwa zakończenia 12 drutu mogą mają różny lub podobny kształt. Długości 1, 1' prostej części zakończenia 12 mogą być różne lub podobne i wynoszą pomiędzy 1,5 i 4 mm. Odchylona część 13 każdego zakończenia tworzy kąt rozwarty α lub α' mniejszy lub równy 160° z prostą częścią centralną 11. Zatem dwa określone kąty α, α' mogą być identyczne lub różne. Część środkowa jednego zakończenie nie koniecznie leży w płaszczyźnie utworzonej przez drugi element środkowy i część centralną 11. Ponadto, każde zakończenie nie koniecznie leży w płaszczyźnie utworzonej przez jego element środkowy i część centralną poprzeczne przesunięcia h, h' pomiędzy częścią centralną 11 i każdym zakończeniem mogą być identyczne lub różne i wynoszą co najmniej 0,75 mm. W opisanym tu przykładzie, kompozycja według wynalazku zawiera włókna sprzedawane pod nazwą handlową „Dramix 80/60. Włókno „Dramix 80/60 jest włóknem charakteryzującym się długością całkowitą L 60 mm, średnicą d 0,75 mm, tj. stosunkiem X wynoszącym 80, i wytrzymałością na rozciąganie przynajmniej 1,100 N/mm². Dwa kąty α, α' są w przybliżeniu identyczne i część środkowa, zakończenie i część centralna 11 leżą w przybliżeniu w tej samej płaszczyzna.

Wytworzono różne kompozycje, według tablicy II; kompozycje 1, 2 i 4 różnią się od siebie tylko własnościami włókien, które zawierają. Kompozycja 1 zawiera włókna „Twincone typu całkowicie zamocowanego, kompozycja 2 zawiera włókna „Dramix FL 45/50 typu mającego końcówki w postaci spłaszczonych haków, a kompozycja 4 według wynalazku zawiera włókna „Dramix 80/60. Zawartość włókna w tych trzech kompozycjach wynosiła 30 kg/m³. Kompozycja 3 zawiera włókna „Dramix FL 45/50, podobnie jak kompozycja 2, lecz w ilości 35 kg/m³.

T a b l i c a II

	Kompozycja 1 włókno „Twincone	Kompozycja 2 włókno „Dramix FL 45/50	Kompozycja 3 włókno „Dramix FL 45/50	Kompozycja 4 włókno „Dramix 80/60
W kg/m3	Żwir 5/15	1103	1103	1103	1103
Piasek 0/5	735	735	735	735
Cement (*)	400	400	400	400
Woda ogółem	160	160	160	160
Super plastyfikator	6	6	6	6
Włókna	30	30	35	30
Stosunek W/C (woda /cement)	0,4	0,4	0,4	0,4

(*)Cement typu CPA-CEM I 52,5 R

Składy kompozycji betonowych zdefiniowano tak, aby spełniały kryterium wytrzymałości na zgniatanie około 50 do 60 MPa, przy spełnieniu wymogów klasyfikacji siły betonu do ubijania walcem (NF P 98-128). Wytrzymałości na zgniatanie zmierzone na cylindrach o wymiarach 16 x 32 cm, zgodnie z wzorcem siły, podano w tablicy III. Testy prowadzono na trzech cylindrach betonowych dla każdej kompozycji 1 do 4.

PL 206 537 B1

T a b l i c a III

	Cylinder 1	Cylinder 2	Cylinder 3	Średnia
Kompozycja 1	50 MPa	54 MPa	50 MPa	51,3 MPa
Kompozycja 2	52 MPa	52 MPa	52 MPa	52,3 MPa
Kompozycja 3	61 MPa	59 MPa	57 MPa	59,0 MPa
Kompozycja 4	58 MPa	57 MPa	52 MPa	55,7 MPa

W celu scharakteryzowania roli jaką spełniają włókna w sensie zdolności do utrzymania obciążenia resztkowego podczas pękania materiału, prowadzono testy wygięcia na graniastosłupach. Graniastosłupy badano podczas zginania kołowego. Wybrano graniastosłupy o dużych wymiarach w stosunku do wymiarów włókna, o długości 70 cm, wysokości 20 cm i szerokości 15 cm. Odległość pomiędzy podtrzymywanymi punktami podczas testu zginania wynosiła 60 cm, a odległość pomiędzy punktami przyłożenia obciążenia wynosiła 20 cm. Na każdym graniastosłupie nacięto karb w części centralnej tak, aby zlokalizować pęknięcie. Czujnik mostkował ten karb i umożliwiał kontrolowanie bezpośrednio otwarcia pęknięcia w czasie testu. W fig. 3 przedstawiono wyniki porównawczych testów wygięcia prowadzonych w celu oceny właściwości różnych włókien w sensie kontroli pęknięć betonu.

Krzywe 1 do 4 odpowiadają stosownie kompozycjom 1 do 4 opisanym powyżej. Pęknięcie pojawia się przy obciążeniu na poziomie około 25 kN dla różnych kompozycji.

Graniastosłup otrzymany z kompozycji 1 zawierającej włókna „Twincone wskazuje spadek obciążenia po pojawieniu się pęknięcia aż do otwarcia około 0,2 mm, gdy włókna są zdolne do przejęcia obciążenia. Powyżej jednego milimetra otwarcia pęknięcia w zgięciu, odpowiadającego maksymalnej nośności, włókna zaczynają ulegać zrywaniu, prowadząc w efekcie do kolejnego spadku obciążenia i bardzo gwałtownego zmniejszenia noś noś ci graniastosł upa.

Graniastosłup z kompozycji 4 według wynalazku wykazuje nieznaczne zmniejszenie obciążenia przy pojawieniu się pęknięcia, a następnie obciążenie zwiększa się ponownie. Maksymalną nośność osiąga się dla otwarcia pęknięcia pomiędzy 1 i 1,5 mm. Potem nośność zmniejsza się bardzo powoli.

₃

W przypadku kompozycji 2 zawierającej 30 kg/m³ włókien „Dramix FL 45/50, graniastosłup wykazuje bardzo duże zmniejszenie obciążenia (o około 50%) po pojawieniu się pęknięcia. Krzywa wskazuje pewną liczbę spadków obciążenia po otwarciu pęknięcia na około 1,8 mm. Te spadki odpowiadają przerywaniu włókien jak w przypadku kompozycji 1.

W przypadku kompozycji 3, zawierają cej 35 kg/m³ wł ókien „ Dramix FL 45/50, wyniki są podobne do otrzymanych dla kompozycji 2, tylko zwiększenie zawartości włókien daje większą zdolność obciążania.

Zdolność to przejęcia obciążenia po pęknięciu jest w przybliżeniu takiego samego rzędu dla kompozycji 1, 3 i 4. Włókna mają w zasadzie takie samo napięcie podczas pękania naprzeciwko dla otworów ograniczonych do 1 mm. Powyżej tej wielkości, zachowanie włókien wewnątrz elementu, prowadzące w efekcie do uszkodzenia lub wyrywania, modyfikuje zachowanie się pękniętego obszaru. Ogólnie rzecz biorąc włókna mocujące wskazują najwyższą wytrzymałość aż do wielkości otwarcia pęknięcia 1 mm. Jednakże, jeśli pęknięcie otwiera się dalej, włókna zawodzą i występuje bardzo gwałtowne zmniejszenie efektu zszywania krawędzi pęknięcia. Aż do otwarcia pęknięcia wielkości 1 mm, włókno według wynalazku wskazuje nieznacznie mniejszą wytrzymałość mocowania, o około 7%, niż otrzymana dla całkowicie zamocowanego włókna. Z drugiej strony, właściwości mocowania utrzymują się przy znacznie większej wielkości pęknięć, w zakresie od 3 do 4 mm, co nie występuje w przypadku zastosowania włókien całkowicie zamocowanych lub innych włókien.

Chociaż wynalazek opisano na przykładzie jednego szczególnego rozwiązania, to oczywiste jest, że w żadnej mierze nie jest on ograniczony tym rozwiązaniem i że obejmuje wszystkie rozwiązania równoważne technicznie opisanemu, razem z ich kombinacjami, jeśli te są objęte zakresem wynalazku.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wzmocniona włóknami kompozycja betonowa do ubijania walcem obejmująca kruszywo, spoiwo hydrauliczne i włókna metalowe z odkształcalnym mocowaniem, znamienna tym, że zawiera włókna metalowe zbudowane w przybliżeniu z cylindrycznych drutów (10) mających w przybliżeniu

   PL 206 537 B1 prostą podłużną część centralną (11) wydłużoną na każdym końcu w środkowy element (3) zakrzywionego zakończenia (12), które ma kształt zapobiegający zaczepianiu dwóch sąsiadujących włókien, wymienione włókna mają:

   - średnicę pomiędzy 0,38 i 1,05 mm;

   - długość całkowitą pomiędzy 19 i 80 mm;

   - długość (l, l') zakończenia pomiędzy 1,5 i 4 mm;

   - przesunięcie poprzeczne (h, h') pomiędzy częścią centralną i każdym zakończeniem co najmniej 0,75 mm;

   - kąt rozwarty (α, α') mniejszy lub równy 160°, pomiędzy każdym elementem środkowym i częścią centralną;

   - kąt rozwarty pomiędzy każdym elementem środkowym i zakończeniem; i

   - minimalną wytrzymałość na rozciąganie 900 N/mm², i wymieniona kompozycja ma zawartość spoiwa hydraulicznego pomiędzy 180 i 400 kg na metr sześcienny betonu, zawartość wody pomiędzy 90 i 150 litrów na metr sześcienny betonu, ilość włókien metalowych pomiędzy 25 i 60 kg na metr sześcienny betonu i zawartość plastyfikatora i/lub domieszki opóźniającej co najwyżej równą 1,8% wagowych spoiwa hydraulicznego.
2. 2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera druty (10) stanowiące włókna, mające średnicę (d) pomiędzy 0,65 i 0,85 mm i stosunek długość całkowitą/średnica (L/d) (λ) pomiędzy 65 i 85.
3. 3. Kompozycja według zastrz. 2, znamienna tym, że zawiera włókna mające stosunek długość całkowita/średnica (λ) około 80.
4. 4. Kompozycja według zastrz. 3, znamienna tym, że zawiera druty mające długość całkowitą 60 mm, średnicę około 0,75 mm i minimalną wytrzymałość na rozciąganie 1100 N/mm².
5. 5. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1-4, znamienna tym, że każde zakrzywione zakończenie (12) powstaje z prostej części połączonej z częścią centralną (11) przez wymieniony element środkowy (13), który ma co najmniej dwa zgięcia.
6. 6. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1-5, znamienna tym, że zawiera spoiwo hydrauliczne w ilości pomiędzy 250 i 300 kg na metr sześcienny betonu, wodę w ilości 4 do 6% wagowych suchych składników betonu, tj. około 100 do 150 litrów wody na metr sześcienny betonu oraz włókna metalowe w ilości pomiędzy 25 i 50 kg na metr sześcienny betonu.
7. 7. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1-6, znamienna tym, że zawiera domieszkę plastyfikatora w ilości co najmniej równej 0,3% wagowych spoiwa hydraulicznego.
8. 8. Sposób wytwarzania nawierzchni drogi z tej kompozycji, znamienny tym, że przeprowadza się etap wytwarzania warstwy betonu wzmocnionego włóknami do ubijania walcem, o składzie według któregokolwiek z poprzedzających zastrz. taki, że wytwarza się warstwę betonu mającą wytrzymałość na zginanie, która może zmieniać się w sposób ciągły w szerokim zakresie pęknięcie - otwarcie, np. od 0 do 4 mm, bez pękania włókien.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zmiana wytrzymałości w wymienionym zakresie jest mniejsza niż 20% w stosunku do jej wartości nominalnej.
10. 10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że wymienioną warstwę betonu pokrywa się bitumiczną warstwą gruboziarnistą lub mikrobetonem składającym się z mieszanki trzech składników: cementu, piasku wypełniającego zawierającego co najmniej 10 do 20% cząstek drobnych, poniżej 0,080 mm i piasku zawierającego niewielką ilość cząstek drobnych.
11. 11. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że w wymienionym etapie wytwarza się wzmocnioną włóknami warstwę betonu do ubijania walcem o grubości 5 do 18 cm w celu wzmocnienia bitumicznych nawierzchni dróg lub jako element zapobiegający powstawaniu kolein.