Bevezetés

Hazánkban jellemzően monolittechnológiával készítik a vasúti pálya mellett telepített távközlési beton megszakító létesítményeket (továbbiakban akna). Az aknák gyakran kerülnek a nyomvonal terhelési zónájába, így a szerkezetnek a dinamikus és ciklikus vasúti terhek felvételére is alkalmasnak kell lennie. A hazai vasúti előírások alapján ezeknek az aknáknak megfelelő teherbírás mellett az előírt duktilitást is ki kell elégíteniük, így jellemzően vasbeton szerkezetként tervezik őket (1. ábra).

A talajjal érintkező, talajban levő vasbeton szerkezetek esetében a betonacélok korróziója szinte elkerülhetetlen, a betontakarás megnövelése sem garancia erre. A megnövelt betontakarással a vasak a semleges tengely irányába tolódnak, statikailag kedvezőtlenebb pozícióba. Az aknafalak vastagsága miatt a minimális vasmennyiség értéke jóval magasabb, mint az egyébként a teherbíráshoz szükséges lenne, így a vasmennyiség sok esetben túlzó. Ezenfelül a vasak méretre szabása, hajlítása, szerelése, pozicionálása jelentősen lassítja a kivitelezési folyamatot.
Felmerült a szintetikus makroszálak alkalmazása a vasbetétek helyett, ami a fenti problémákra megoldást kínálhat. A szintetikus makroszálak jellemzően poliolefinanyagúak (polietilén, polipropilén, illetve ezek keveréke), a korróziós veszély minimális, a legtöbb savas közeggel szemben jó ellenállást tanúsítanak. Jelen cikkben a hagyományosan vasalt aknák szintetikus makroszál-erősítésű betonra történő áttervezési folyamatát mutatjuk be, a szabványi hátterét, a kivitelezővel és üzemeltetővel történt egyeztetéseket és valós tesztelési eljárások eredményeit. Végül ismertetjük a fenntarthatósági elemzésünk eredményeit.

Vasbeton a megoldás

A tartószerkezetek méretezésének európai szabványa a tíz szabványból álló Euro­code szabványgyűjtemény. A vasbeton akna méretezése során a hatáskombinációk az EN 1990:2011, a terhek és hatások az EN 1991-1-1:2005 szabvány alapján került felvételre, míg a beton- és vasbeton szerkezetek mechanikai ellenállása, tartóssági és használhatósági méretezési módszerei és előírásai az EN 1992-1-1:2010 szabvány alapján került alkalmazásra. A szerkezetre jutó további, vasúti terhelésből származó terheket az e-VASÚT 02.10.20 előírás definiálja.

A vasbeton szerkezetek tervezésének fontos része a beton környezeti osztályának megállapítása. Jelen esetben az EN 206:2013 alapján XC2 és XF2, míg az MSZ 4798:2016 alapján pedig a XV0(H) környezeti osztály lett megállapítva. A környezeti osztályok feltételei alapján a beton szilárdsági osztálya legalább C25/30 legyen, víz-cement tényezője legfeljebb 0,55, míg a minimális cementtartalom legalább 300 kg/m3. CEM III/A cement esetén az EN 206:2013 alapján egy k=0,6 tényezővel szükséges módosítani az értékeket, így a maximális víz-cement tényezőt 0,47-ra, míg a minimális cementmennyiséget 349 kg/m3 értékre kellett változtatni. A pontos keveréktervet az 1. táblázatban adjuk meg.
A betonacél szilárdsági osztálya B500, az EN 1992-1-1 szerint.

Az akna elhelyezkedése függvényében az akna falára ható vasúti teherből keletkező talajterheléseket a 2. ábrán mutatjuk be. Az aknára ható további terhek: talaj önsúlyából és talajvízből keletkező nyomás, illetve talajfelszíni terhek: pályaszerkezet önsúlya és járműterhelés.

Egy tipikus vasbeton akna terve a 3. ábrán látható. A munkagödör elkészítése után a földfalakat geotextillel burkolják, amely megakadályozza a talaj visszahullását. Az elkészített szerelőbetonra kerül az alaplemez vasalása, majd kibetonozásra kerül. A kiálló U vasakkal folytonosítják a falak vasalását, majd egy belső zsalu elhelyezése után a falak is kiöntésre kerülnek. Végül a falak tetejére L60.60.6 szögacél keretet építenek, amely a fogadóeleme lesz az aknafedőnek.

Makro szintetikus betonerősítő szálak

A beton szálerősítésének gondolata majdnem egyidős a vasbetonéval. Az első vasbeton szerkezetnek Joseph Louis Lambot mérnök 1848-ban készített csónakját tartják, míg a szálerősítésű beton szabadalma Achille Bérard amerikai mérnök nevéhez fűződik 1874-ből. Ez a szabadalom a beton szabálytalan alakú vashulladékkal történő megerősítéséről szól. Az 1900-as években jelent meg az azbeszt szálerősítésű cementhabarcs, amelynek használatát azonban egészségkárosító hatása miatt hamarosan betiltották. Kiváltására 1968-tól alkalmaznak mikroüveg szálakat, és ugyanebben az évben jelent meg az acél szálerősítésű beton egyik legelső tudományos publikációja is Romualdi és Batson kutatóktól. A polipropilénszálakat 1954-től gyártják, 1965-től beton szálerősítéseként is használják. Az egyik legelső gyártó az amerikai Propex cég volt, amely 1982-től forgalmazta Fibermesh nevű szintetikus mikroszálukat. A mikroszálak (monofilament és fibrillált) a kezdeti zsugorodás okozta repedések gátlására, illetve a beton tűzállóságának a növelésére alkalmasak leginkább, de alacsony maradó szilárdsága miatt tartószerkezeti tervezésnél nem lehet figyelembe venni. Az első, már jelentős maradó szilárdsággal rendelkező makroszálak megjelenése az 1990-es évekre tehető. Legelső komoly kutatásban részt vevő ilyen szálat a 3M cég gyártotta. A 2000-es évektől már számos cég vett részt ebben az iparágban, de a szintetikus makroszálak igazán csak az acél árának jelentős emelkedése után lettek egyre népszerűbbek és elfogadottabbak.
A szintetikus makroszálak legnagyobb előnye az acéllal szemben a teljes korrózióállóságuk, amely talajjal érintkező betonszerkezetek esetén nagy jelentőséggel bír. Alkalmazásukat tekintve adagolásuk, keverésük jelentősen egyszerűbb, az acélszálakra jellemző csomósodásra kevésbé hajlamosak.
Hátrányukként említik az alapanyag kúszási hajlamát, illetve az alacsony olvadáspontját, amely bizonyos szerkezetek esetén valóban hátrányos lehet. Ezeket a tulajdonságokat vizsgálni kell, hatásukat pedig mérnökileg mérlegelni szükséges az adott szerkezet esetén.