Bevezetés
Az építőipar fejlődése az iparszerű, jól gépesíthető eljárások felé fordult, ami minden tekintetben kényelmesebbé és biztonságosabbá tette a megvalósítást.
A legutóbbi 50 évben az alagútépítésben forradalmi fejlődés ment végbe. A változás mind a tervezési, számítási eljárásokban, mind az építés gépesítésében érezhető. Az alagútépítés, ha leszámítjuk a befogadó kőzet esetlegességét, jól gépesíthető, automatizálható eljárás. Egész iparágak fejlődtek ki ebből a lehetőségből. A hosszú, közepes méretű, egy keresztmetszetű alagutaknál a pajzsos géplánccal épített egyhéjazatú, vízzáró falazatok az általánosak. A nagyméretű vagy rövidebb alagutaknál a lőttbetonos technológia korszerű változatát használják, fúrógépekkel, fejtőgépekkel, robot betonlövőkkel épített külső falazat és alagútzsaluval betonozott belső héj szerkezettel.
Az alagútépítéssel járó, „alárendelt” szerepű kiszolgáló szerkezetek, mint az összekötő folyosók, szellőző alagutak, elágazások elsődleges biztosítása még megépíthető a lőttbetonos technológia méretre szabható eljárásával, de a végleges szerkezet beépítése egyedi zsaluzást igényel. Ez volt a múlt. Az utolsó láncszem korszerűsítése most következett el, amikor a végleges szerkezet beépítése is gépesíthetővé vált.
Az acélszál beton alkalmazása az alagútépítésben
A vasbeton szerkezetben a húzást betonacéllal veszik fel. Ez alagutak esetében hegesztett háló szerelésével egyszerűen megoldható, ha a felület egyik alkotója egyenes. Összetett felületeknél alkalmazható az acélszál beton, aminél a betonba kevert rövid acéldrótok a keresztmetszetet húzást felvenni képes „homogén” anyaggá változtatják. Az acélszálas beton első alkalmazásai ipari padlóknál volt és a kedvező tulajdonságok miatt hódított más területeken is. Alagútépítési alkalmazásnál a már ismert eljárásokat kellett egy új közegbe integrálni. Az acélszál adagolású belső köpeny alkalmazásával a hálós vasalással azonos teherbírású, de építéstechnológiailag sokkal egyszerűbb és olcsóbb szerkezet hozható létre. Az acélszál vasalású falazat viselkedése eltér a hagyományos vasbetontól, hazai alkalmazásában még nincsen elegendő tervezői és kivitelezői tapasztalat. A vizsgálatban az európai előírások alapján foglalkoztunk a technológia tervezési, ellenőrzési, vizsgálati minősítési módszereivel. Az alkalmazásnál először az alkalmazható előírások összegyűjtése és alkalmazása, utána a megbízó és hatóságok félelmeinek legyőzése és utoljára a kivitelezés végrehajtása volt a feladat.
Jelen alkalmazás széleskörű elterjesztésének feltétételei összetettek és ennek magvalósítása számos lépés eredőjeként valósulhat meg. Az első ilyen lépés egy u.n. pilot projekt, amelyet a fejlesztési munkával párhuzamosan sikerült elvégeznünk. A kutatás elméleti és a gyakorlat valós vizsgálatainak összevetése további értékes információt nyújtott és sikerült jelen körülmények között feldolgoznunk.
A Délbuda Rákospalota metróvonalnál a Kálvin és Rákóczi állomásoknál a szellőző rendszer szerkezeteinél merült fel az acélszál beépítése. A technikai kérdéseken túlmenően a Megbízó és a Hatóság egyetértését is meg kellett szerezni. Ilyen szerkezet Magyarországon még végleges szerkezetként nem épült be alagútba. A beépítést megelőzte az irodalom tanulmányozása és a szükséges berendezések összeírása volt a feladat. A kutatásba a Budapesti Műszaki Egyetem Vasbeton Tanszéke lett bevonva.
A szerkezetnek a metró speciális igényeit is ki kellet elégítenie. A metró állomási szerkezeteinek vízzáróaknak kell lenniük, ezért vízszigetelő réteg beépítése is szükséges volt. Az alagút élettartamának meg kell haladnia a 100 évet, és a tűzbiztonság miatt 2 órás tűzállóságot kell elérnie 400°-os hőmérséklet mellett, jelentős károsodás nélkül.
Az előírások miatt a falazatot három rétegből kellett felépíteni. A legkülső kéreg a szigetelésen való megtapadást és a szigetelő fólia védelmét szolgálja. Anyaga hagyományos lőttbeton keverék, száraz, vagy nedves eljárással felhordva. Ez a 2-3 cm vastag réteg nincs a szerkezet teherbírásában figyelembe véve. A közbenső, teherhordó réteg nedves eljárással felhordott acélszál erősítésű falazat, amit a számításokban meghatározott vastagságban hordanak fel. A legbelső kéreg, a műanyag szál adalékolású lőttbeton, aminek a feladata több funkciójú. Biztosítja az acélszálak előírás szerinti betontakarását, megakadályozva a korróziót, megnöveli a szerkezet tűzállóságát, és végül a felhordott felület lesimításával a felület megjelenése is kedvezőbb.
A fejlesztés kutatási szakasza
A fejlesztés első lépéseként a szakirodalom és a szabályzati környezet vizsgálata volt, a hiányos hazai előírások felkutatása és kiegészítése. Az alkalmazott nemzetközi előírások elsődleges elfogadtatása a Megbízó és a Hatóság részéről, hogy a továbbiakban számon kérhető és mérhető módon lehessen haladni.
A kutatás az alábbi lépésekkel foglalkozik.
- a beton alkotóanyagaival szemben támasztott követelmények,
- tartóssági követelmények,
- keverékek összetétele,
- a lövellés kivitelezése,
- a késztermékkel szemben támasztott követelmények,
- vizsgálati módszerek,
- minőségbiztosítás,
- biztonság,
- próbalövések
A beton alkotóanyagaival szemben támasztott követelmények:
A cementből, adalékanyagból, vízből és adalékszerekből álló keverék meg kell, hogy feleljen a friss és szilárd állapotbeli követelményeknek.
Az adalékanyagnak anyagában meg kell felelnie a szilárdsági követelményeknek. Szemeloszlásának szűk határok közötti határgörbék között kell futnia.
Cement: csak a szabványoknak megfelelő, a tanúsítvány szerint lövelltbeton készítésére alkalmas cement használható. Cement kiegészítők alkalmazása a szabványban megengedett határértéken belül megengedett. (Pernye, kohósalak, szilika por)
A keverővíznek a szabványoknak megfelelőnek kell lennie.
A szálak: A szálerősítésre vonatkozó követelményeket elsősorban a lövellt betonra vonatkozó követelmények határozzák meg (más esetben a szál fajtája és a mennyisége a betonban) Különböző szálak esetén más-más mennyiség mellett kapjuk ugyanazt a teljesítményt.
Az acélszálak hossza nem haladhatja meg a szállító csövek és vezetékek belső átmérőjének 0,7-szeresét, amennyiben kísérlet nem igazolja hosszabb szálak alkalmazhatóságát elakadás nélkül.
A szálak tárolási módját a gyártó határozza meg.
A szintetikus szálak meg kell, hogy feleljenek a nemzeti vagy a felhasználás helyén érvényes szabványoknak.
Adalékszereknek szabványosaknak kell lenniük, figyelembe veendő a hatásuk a kész lövellt betonra elsősorban a tartósságra vonatkozóan.
Kötésgyorsítók: lehetnek alkáli mentesek vagy alkáli tartalmúak. A követelmények szabványban rögzítettek, lényeges a munkaegészségügyi és korróziós hatás.
Egyéb adalékszerek: kötéskésleltetők, stabilizátorok, képlékenyítők, folyósítók, légpórusképzők, színezők használatánál kísérleti keveréssel kell igazolni a kedvezőtlen hatás kizárását.
Minden lövellt betonkötőanyaghoz műszaki dokumentáció tartozik, amelyben szerepelnek a megengedett reakcióidők, adalékanyag víztartalmának, adalékanyag hőmérsékletének, feldolgozási hőmérsékletének (levegő, keverék) adatai és a befújáskor jelenlévő páratartalommal szemben támasztott követelmények, melyek megadása a gyártó feladata.
Az lövellt beton kezdeti vizsgálatát és idegen felügyeletét egy akkreditált ellenőrző és felügyelő szervezetnek kell elvégeznie.
A szükséges vizsgálatok: laboratóriumi vizsgálatok, tesztkeverékkel, kontrollkeverékkel.
Fiatal löttbeton vizsgálat a korai szilárdsági osztályoknak megfelelően (J1, J2, J3)
Tartóssági követelmények: Tartós beton létrehozását kell elérni, mely megvédi a vasalást a korrózió ellen, és ellenáll a tervezett élettartam alatt a környezeti és használati hatásoknak. Ezt a szabványokban előírt határértékek teljesítése esetén az eredmény valószínű biztosítható
Keverékek összetétele: keverék esetén ajánlott a receptúra tervezése, az adott receptúrákkal szemben, mert jobban meghatározott és konzisztens anyagot eredményez. A keverék tervezése a kivitelező feladata, aki rendelkezhet adott receptúrával, mely a gyakorlatban már bevált az adott felhasználási célra.
A lövellés kivitelezése: a lövés megkezdése előtt a szakaszolást meg kell tervezni. A szerkezetet fel kell mérni, a kontúrokat ki kell jelölni. A lövésnél a szórást lentről felfelé, az optimális szög és távolság betartásával kell végezni. A felület utókezelését a cement folyamatos hidratálása miatt biztosítani kell.
A késztermékkel szemben támasztott követelmények
A lövellt beton nyomószilárdsága C24/30 és C48/60 között határozandó meg EFNARC
szerint, az EN 206-nak megfelelően.
A próbadarabokon hajlító-húzószilárdsági, szívóssági vizsgálatokat kell végezni.
Külön előírás esetén rugalmassági modulus, tapadás, száltartalom fagyállóság és vízzáróság is vizsgálható a megfelelő szabványok alkalmazásával.
Vizsgálati módszerek
A fiatal lövelltbeton korai szakaszában tűpenetrációs vizsgálattal, később szögbelövési vizsgálattal állapítják meg a kötés időbeni lefolyását, amit a kontrollkeverékhez kell viszonyítani.
A megszilárdult beton vizsgálatára a helyszínen készített tesztpanelekbe bedolgozott minták szolgálnak. A mintákon nyomószilárdság, testsűrűség, hajlító és maradó szilárdság, energia elnyelő teszt, rugalmassági modulus, tapadási erő, áteresztőképesség, fagyállóság, száltartalom vizsgálatot lehet, esetleg kell végezni. Különleges igények esetén tűzállósági vizsgálatok végzése is szükséges.
Minőségbiztosítás
A lövellt beton előállításának folyamatát minőségi ellenőrzésnek kell alávetni. Az ellenőrzés fokának megválasztása a tervező feladata, a szerkezet típusának és a lehetséges meghibásodás következményeinek függvényében.
Biztonság
A lövellt beton alkalmazása meg kell hogy feleljen a helyi egészségügyi és biztonsági előírásoknak. Az alkalmazott technológiának és összetételnek környezeti és munkaegészségügyi szempontból előnyösnek kell lennie.
A fejlesztés kivitelezési szakasza
A nemzetközi előírások figyelembevételével elvégzett keverék-kísérletek alapján megkezdődhetett az építés végrehajtása. Első lépésként alárendelt szerepű szerkezetnél történt a beépítés. A Rákóczi metróállomás vonalalagúti áttörésének biztosítását készítették acélhaj betonból. A kísérlet célja a teszt keverékek nagyüzemi előállítása, a logisztikai rendszer beüzemelése, a lövőgép beállítása és a próbadarabok elkészítése. A kezelőszemélyzet száraz lövésben gyakorlott volt, de az acélszál és a nedves eljárás miatt szükséges volt a további rutin megszerzése. A kísérlettel előállított felületen és a próbadarabokon minden vizsgálatot különös gondossággal végeztek, hogy az éles helyzetre felkészüljenek. A teszteredmények birtokában lehetett elvégezni a tervezést és előállítani a Hatóság felé azt a dokumentumot, aminek alapján a kísérlet sikerességét ki lehetett mondani és a módosításra az engedélyt meg lehetett adni.
