Artur Golda
Mariusz Saferna
Marcin Sokołowski
Zastosowanie cementów żużlowych
w budowie obiektów komunikacyjnych
USE OF SLAG CEMENTS FOR ROAD ENGINEERING CONSTRUCTIONS
Streszczenie
Cementy z dodatkiem granulowanego żużla wielkopiecowego są spoiwami powszechnie
stosowanymi w budownictwie ogólnym i specjalistycznym. Betony wykonane z użyciem
tych spoiw charakteryzują się wysokimi parametrami jakościowymi oraz odpornością
na oddziaływanie czynników zewnętrznych. Przykładem wykorzystania cementów
żużlowych są obiekty inżynierii komunikacyjnej. Mosty, wiadukty i tunele są szczegól-
nie narażone na wpływy czynników korozyjnych, do których przede wszystkim należy
zaliczyć agresję mrozową, środki odladzające, wody rzeczne i gruntowe.
Należy podkreślić, że w Polsce funkcjonują specyfikacje techniczne, zgodne z Rozpo-
rządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej nr 735 z dn. 30.05.2000, według
których do betonu mostowego powinny być stosowane tylko cementy portlandzkie
CEM I. Takie rozwiązanie powoduje niejednokrotnie wiele problemów technologicz-
nych, dotyczących zabudowy mieszanki betonowej i jakości konstrukcji. Alternatywę
dla cementów CEM I stanowią więc cementy z dodatkiem żużla (CEM II/A, B-S, CEM
III/A), których użycie do wykonywania betonów drogowych i mostowych staje się
coraz popularniejsze.
W referacie opisano zastosowanie cementów żużlowych w budowie obiektów komu-
nikacyjnych, na przykładzie budowli w ciągu obwodnicy Oleśnicy na drodze krajowej
nr 8 oraz drodze ekspresowej S1 na odcinku Bielsko-Biała  Cieszyn i realizacji tunelu
 Hulanka w Bielsku-Białej. Przedstawiono składy i wyniki badań betonu na placach
budów oraz dokumentację fotograficzną z realizacji wymienionych inwestycji.
mgr inż. Artur Golda  BETOTECH Sp. z o.o., Dąbrowa Górnicza
mgr inż. Mariusz Saferna  BETOTECH Sp. z o.o., Dąbrowa Górnicza
mgr inż. Marcin Sokołowski  Górażdże Cement S.A.
Abstract
Cements with ground granulated blast furnace slag are used in common and special engi-
neering constructions. Concrete based on these cements have high quality parameters and
resistance for external factors. As a sample of use of slag cements there can be considered
road engineering construction. Bridges, viaducts and tunnels are especially exposed for
corrosive factors like frost aggression, defrosting agents, ground and river water.
It should be emphasized that in Poland there are used technical specifications ba-
sed on the Decree of Ministry of Transport and Maritime Administration No 735 dated
30.05.2000, according to them only portland cement CEM I is allowed to use for bridge
concrete. This solution causes often many technological problems with placement of
concrete mixture and quality of construction. For this reason cements with slag addition
(like CEM II/A,B-S or CEM III/A) are alternative binders for Portland cements CEM I.
And use of slag cements for road engineering constructions becoming more popular.
In the paper authors describe use of slag cements for realization of road engineering
constructions on the bypass of Oleśnica, on express road S1 between Cieszyn and Bielsko
Biała and building of a tunnel on crossroads  Hulanka in Bielsko-Biała. Composition
and tests results of concrete and photos from mentioned realizations are also presented.
Zastosowanie cementów żużlowych ...
1. Obiekty komunikacyjne na obwodnicy Oleśnicy  droga
krajowa nr 8
Realizację obwodnicy miasta Oleśnica rozpoczęto w listopadzie 2004 roku, a planowane
zakończenie nastąpi w paz
dzierniku 2006 roku.
Obwodnica ma długość 12,75 km. W ramach inwestycji, oprócz budowy głównej
jezdni obwodnicy oraz dróg łączących z istniejącą siecią komunikacyjną, przewidziano
wykonanie pięciu wiaduktów drogowych, dwóch mostów i estakady, które były reali-
zowane jako konstrukcje żelbetowe.
Całą budowę podzielono na dwa etapy realizowane jednocześnie (rys. 1):
 etap I: odcinek Polanka  Węzeł Dąbrowa,
 etap II: odcinek Węzeł Dąbrowa  Cieśle.
Najciekawszymi obiektami mostowymi realizowanymi w obydwu etapach były:
 estakada WD1  zlokalizowana w okolicach miejscowości Polanka  łączna ilość betonu
 ok. 4000 m3,
 estakada WD2  nad drogą do Jurkowic  łączna ilość betonu  ok. 1000 m3,
 podwójna estakada nad drogą i torami kolejowymi w Dąbrowie Oleśnickiej  łączna
ilość betonu  ok. 5000 m3.
Rys. 1. Lokalizacja obwodnicy
Oleśnicy
3
Artur Golda, Mariusz Saferna, Marcin Sokołowski
1.1. Skład i właściwości mieszanek betonowych
Wstępne założenia specyfikacji projektowej dla betonu przeznaczonego na budowę
wiaduktów, mostów i estakady zakładały zastosowanie cementu portlandzkiego CEM I
42,5N. Jednakże na podstawie pozytywnych doświadczeń wyniesionych z realizacji in-
nych obiektów (np. most Millenium we Wrocławiu [1]), podczas ustaleń z inwestorem
i wykonawcami przyjęto jako spoiwo cement portlandzki żużlowy CEM II/B-S 42,5N.
Analiza warunków wykonania poszczególnych elementów realizowanych konstrukcji
oraz ich projektowanych parametrów wytrzymałościowych i trwałościowych wykazała,
że użycie cementu CEM II/B-S 42,5N w pełni pozwali osiągnąć korzystne właściwości
mieszanki betonowej i stwardniałego betonu.
Dobór takiego cementu miał szczególnie istotne znaczenie ze względu na:
 długość okresu utrzymania konsystencji i urabialności mieszanki betonowej  czas
transportu mieszanki wynosił od 1 do 2 godzin. Konieczne było zapewnienie właści-
wych parametrów mieszanki dla układania pompami przy jednoczesnym utrzymaniu
jednorodności i stopnia napowietrzenia;
 zmniejszenia wydzielania ciepła w twardniejącym betonie (ograniczenie naprężeń
termicznych i eliminacja pochodzących od nich spękań betonu) [1, 2];
 zwiększenie odporności betonu na oddziaływanie czynników zewnętrznych  dzia-
łanie mrozu, środków odladzających, opadów atmosferycznych lub wód rzecznych
i gruntowych.
W tabeli 1 przedstawiono skład mieszanek betonowych, a w tabeli 2 ich właściwości.
Tabela 1. Skład mieszanek betonowych przeznaczonych na elementy konstrukcji mo-
stowych
B30 B35 B40 B50
Składnik
Ilość składnika w kg/m3
Kruszywo (piasek, grys
1818 1807 1820 1805
granitowy) 0/16 mm
Cement portlandzki
żużlowy  390 395 415
CEM II/B-S 42,5N
Cement hutniczy
380   
CEM III/A 32,5NA
Woda 167 168 162 159
Superplastyfikator 2,28 2,93 3,16 3,53
Tabela 2. Średnie parametry mieszanek betonowych i betonów mostowych
B30 B35 B40 B50
Parametr
Wynik badania
Konsystencja  opad stożka
110 mm 100 mm 120 mm 110 mm
Wytrzymałość po 28 dniach,
54,2 MPa 59,1 MPa 65,4 MPa 72,8 MPa
fcm7,
cube
Wodoprzepuszczalność W8 W8 W8 W8
Mrozoodporność F150 F150 F150 F150
Na fotografiach od 2 do 4 przedstawiono realizację drogowych obiektów inżynierskich
na obwodnicy Oleśnicy.
4
Zastosowanie cementów żużlowych ...
Fot. 2. Realizacja estakady
Fot. 3. Budowa wiaduktu drogowego
5
Artur Golda, Mariusz Saferna, Marcin Sokołowski
Fot. 4. Jeden ze zrealizowanych wiaduktów
2. Obiekty komunikacyjne na drodze ekspresowej S1
Cieszyn  Bielsko-Biała
Odcinek drogi ekspresowej S1 Cieszyn  Bielsko-Biała liczy 28,2 km i prowadzi trasą
starej krajowej drogi nr 1 (rys. 5).
Prace budowlane rozpoczęto w połowie 2003 roku, planowany termin oddania drogi
do użytku  do końca 2006 roku. Projekt realizacji obejmuje m.in.: budowę 4 węzłów
drogowych i 47 obiektów inżynierskich oraz urządzenia ochrony środowiska (ekrany
akustyczne, podczyszczalnie ścieków) oraz dojazdów do dróg lokalnych.
Budowa odcinka drogi została podzielona na cztery etapy:
 I etap: Cieszyn  Skoczów,
 II etap: Bielsko-Biała  Jasienica,
 III etap: obwodnica Skoczowa,
 IV etap: obwodnica Grodz
ca.
Cementy z dodatkiem granulowanego żużla wielkopiecowego zostały zastosowane
w budowie 22 obiektów mostowych na odcinku II (Bielsko-Biała  Jasienica).
Podobnie jak podczas kilku innych realizacji doszło do porozumienia pomiędzy
inwestorem, wykonawcą i dostawcą betonu w zakresie zastosowania cementów innych
niż ujęte w specyfikacji technicznej cementy portlandzkie CEM I. Podjęto decyzję o za-
stosowaniu cementu hutniczego CEM III/A 32,5N-LH/HSR/NA do wykonania pali
oraz cementu portlandzkiego żużlowego CEM II/B-S 42,5N do wykonania pozostałych
elementów konstrukcji mostowych.
6
Zastosowanie cementów żużlowych ...
Rys. 5. Lokalizacja odcinka drogi ekspresowej S1 Cieszyn  Bielsko-Biała
Realizacja obiektów inżynierskich na II etapie drogi S1 rozpoczęła się w paz
dzier-
niku 2003 roku pracami fundamentowymi (zabudowa pali). Kolejny prace odbyły się
w kwietniu 2004 roku, kiedy rozpoczęto wykonanie pozostałych elementów podporowych
i nośnych obiektów mostowych. Planowane zakończenie robót nastąpiło w sierpniu 2006
roku.
A
ączna ilość betonu zabudowanego do pali wyniosła ponad 1 300 m3, zaś ilość betonu
użytego do konstrukcji wsporczych i nośnych doszła prawie do 10 000 m3.
2.1. Skład i właściwości betonu
Oprócz zmiany rodzaju cementu zastosowano również odmienne w stosunku do spe-
cyfikacji technicznej kruszywo. Skład betonu na pale oparty był bowiem na kruszywie
żwirowym, w miejsce specyfikowanych grysów bazaltowych. Opierając się na opinii
nadzoru laboratoryjnego i dostawcy betonu, zarówno inwestor jak i wykonawca byli
zgodni, że stosowanie kruszyw łamanych o wysokiej mrozoodporności do konstrukcji
usytuowanych pod ziemią, poniżej strefy przemarzania, jest rozwiązaniem nieuzasad-
nionym technologicznie i zwiększającym koszty realizacji.
Zabudowa mieszanki betonowej w palach była wykonywana za pomocą pomp.
Z tego względu, jak również, w celu uzyskania wysokiej jednorodności betonu przy
ograniczonych możliwościach zagęszczenia mieszanki, przyjęto konsystencję ciekłą K5
zamiast specyfikowanej półciekłej K5.
Skład mieszanek betonowych przeznaczonych do wykonania pali pokazano w tabeli 3,
natomiast średnie wartości uzyskanych parametrów betonu przedstawiono w tabeli 4.
7
Artur Golda, Mariusz Saferna, Marcin Sokołowski
Tabela 3. Skład betonu przeznaczonego na pale
Składnik Ilość składnika w kg/m3
Cement hutniczy 415
CEM III/A 32,5N-LH/HSR/NA
Kruszywo (piasek, żwir) 0/16 mm 1722
Plastyfikator 2,28 (0,55% m.c.)
Woda 197
Tabela 4. Właściwości mieszanki betonowej i betonu przeznaczonego na pale  klasa
betonu B30 (C25/30)
Właściwość Wynik badania
Konsystencja  opad stożka 160 mm
Wytrzymałość po 28 dniach, fcm28, cube 42 MPa
Wskaz
nik w/c 0,47
Kolejnym etapem były prace związane z wykonaniem konstrukcji podporowych
(filary, podpory) i części nośnych mostów. Do tych elementów zaprojektowano betony
czterech klas wytrzymałości. Składy mieszanek betonowych oparte były na cemencie
portlandzkim żużlowym CEM II/B-S 42,5N i na grysach bazaltowych. W mieszankach
tych zwiększono konsystencję z plastycznej K3 (zapisanej w specyfikacji) na półciekłą
K4. Fakt ten znacznie ułatwił układanie i zagęszczanie mieszanki przy gęstozbrojonych
elementach konstrukcji. Ze względu na projektowaną wysoką mrozoodporność betonu
(F150) mieszanki były także napowietrzane.
Należy również podkreślić, że istotnym zagadnieniem w realizacji opisywanych
obiektów były również względy estetyczne Po zdjęciu szalunków potwierdził się fakt,
iż beton wykonany z zastosowaniem cementów żużlowych charakteryzuje się wysoką
jakością powierzchni elementów.
Skład mieszanek betonowych przedstawiono w tabeli 5, a w tabeli 6 podano średnie
wartości otrzymanych parametrów mieszanki betonowej i betonu. Na fotografiach od 6
do 8 pokazano poszczególne etapy realizacji wybranych obiektów.
Tabela 5. Skład mieszanek betonowych przeznaczonych na elementy konstrukcji mo-
stowych
B30 (C25/30) B35 B40 B45
(C30/37) (C35/45) (C35/45)
Składnik
Ilość składnika w kg/m3
Kruszywo (piasek, grys bazalto-
1941 1928 1877 1873
wy) 0/16 mm
Cement portlandzki żużlowy
355 365 380 390
CEM II/B-S 42,5N
Woda 160 163 171 172
Superplastyfikator 4,26 4,38 4,56 4,68
Domieszka napowietrzająca 0,50 0,51 0,50 0,51
8
Zastosowanie cementów żużlowych ...
Tabela 6. Średnie parametry mieszanek betonowych i betonów mostowych
B30 (C25/ B35 B40 B45
30) (C30/37) (C35/45) (C35/45)
Parametr
Wynik badania
Konsystencja  opad stożka 100 mm 100 mm 90 mm 95 mm
Zawartość powietrza 4,4 % 4,3 % 4,5 % 4,6 %
Wytrzymałość na ściskanie
29,4 MPa 32,1 MPa 34,1 MPa 35,6 MPa
po 7 dniach, fcm7,
cube
Wytrzymałość po 28 dniach,
44,2 MPa 47,1 MPa 51,8 MPa 56,2 MPa
fcm7,
cube
Wodoprzepuszczalność W8 W8 W8 W8
Mrozoodporność F150 F150 F150 F150
Fot. 6. Przygotowanie
placu budowy
Fot. 7. Fragment płyty
nośnej mostu
9
Artur Golda, Mariusz Saferna, Marcin Sokołowski
Fot. 8. Realizacja przepustu pod trasą S1
3. Tunel węzła drogowego  Hulanka w Bielsku-Białej
Tunel węzła drogowego  Hulanka został wykonany w ramach projektu przebudowy ulic
Cieszyńskiej, Konopnickiej i Piastowskiej, realizowanej wraz z budową dwupoziomowego
skrzyżowania z ul. Andersa w Bielsku-Białej. Inwestycja została wykonana w okresie od
końca kwietna 2004 roku do połowy maja 2005.
Budowa dwunawowego tunelu o konstrukcji żelbetowej została zrealizowana w wy-
kopie otwartym metodą tradycyjną z zastosowaniem deskowań szerokoprzestrzennych.
A
ączna długość tunelu wynosi 238 m, przy szerokości każdej nawy 10,5 m przy funda-
mencie i 8,97 m pod stropem i wysokości 5,5 m. Tunel wykonywano dwunawowymi seg-
mentami o długości 12 m (20 segmentów). Wejścia do tunelu są obudowane betonowymi
portalami.
Betonowanie każdego segmentu tunelu (ściany i strop) było prowadzone w sposób
ciągły warstwami grubości do 40 cm. Zagęszczanie betonu prowadzono wibratorami
wgłębnymi. A
ączna ilość zabudowanego betonu wyniosła 9 800 m3. Po wbudowaniu
i zagęszczeniu prowadzono pielęgnację świeżego betonu, stosując okrycia z geowłokniny
zraszane wodą [4]. Na fotografiach przedstawiono realizację tunelu na skrzyżowaniu
 Hulanka
3.1. Skład i właściwości betonu
Całość konstrukcji nośnej tunelu została wykonana z betonu B35. Ze względu na ko-
nieczność rozdeskowania stropu segmentu po upływie 3 dni wymagana była wysoka
wczesna wytrzymałość betonu (beton na budowie po upływie 7 dni uzyskiwał ponad
75 % wytrzymałości po 28 dniach). Jednocześnie betonowanie warstwami wymagało
wykonania mieszanki betonowej o wolnej utracie konsystencji. Aby spełnić wymienione
założenia, zastosowano cement portlandzki żużlowy CEM II/B-S 42,5N, zaprojektowano
10
Zastosowanie cementów żużlowych ...
niski wskaz
nik w/c = 0,44 oraz użyto odpowiedniej domieszki chemicznej  superplastyfi-
katora na bazie polikarboksyeterów. W tabeli 7 przedstawiono skład mieszanki betonowej,
natomiast w tabeli 8 przedstawiono średnie wyniki badań parametrów mieszanki i betonu.
Fotografie 9 i 10 przedstawiają poszczególne etapy realizacji obiektu.
Fot. 9
Fot. 10
11
Artur Golda, Mariusz Saferna, Marcin Sokołowski
Tabela 7. Skład mieszanek betonowych przeznaczonych na elementy konstrukcyjne
tunelu
Składnik Ilość składnika w kg/m3
Kruszywo 0/16 mm
2013
(piasek 0/2, grys bazaltowy 2/8 i 8/16)
Cement portlandzki żużlowy
380
CEM II/B-S 42,5N
Woda 166
Superplastyfikator 4,18
Tabela 8. Średnie parametry mieszanek betonowych i betonów  klasa betonu B 35
(C30/37)
Parametr Wynik badania
Konsystencja  opad stożka 140 mm
Zawartość powietrza 1,6 %
Wytrzymałość na ściskanie po 7 dniach, fcm7, cube 43,4 MPa
Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach, fcm28, cube 55,4 MPa
Wodoprzepuszczalność W8
Mrozoodporność F150
4. Podsumowanie
Opisane w referacie obiekty są jednymi z wielu przykładów realizacji budowli komu-
nikacyjnych, przy których wykonaniu efektywnie zastosowano cementy z dodatkiem
granulowanego żużla wielkopiecowego.
Przedstawione cementy portlandzkie żużlowe i cementy hutnicze spełniają wyma-
gania norm cementowych [5, 6] oraz mają Aprobaty Techniczne IBDiM dopuszczające
do ich stosowania w inżynierii komunikacyjnej. Obecny stan wiedzy technologicznej
i praktyczne doświadczenia potwierdzają słuszność wyboru takich spoiw, a do zalet ich
stosowania można zaliczyć [7]:
 obniżone ciepło hydratacji w stosunku do cementów portlandzkich CEM I (ograniczenie
ryzyka spękań związanych z wysoką termiką cementu),
 niższy skurcz betonu,
 podwyższoną lub dużą odporność betonu na czynniki agresywne (wody gruntowe,
zanieczyszczone rzeki, opady atmosferyczne, środki odladzające itp.),
 dobrą urabialność i pompowalność mieszanki betonowej,
 utrzymanie konsystencji w czasie (czasochłonny transport mieszanki, betonowanie
ciągłe  efektywne wzajemne wiązanie warstw układanej mieszanki).
W praktyce, przez wzgląd na tradycyjne specyfikacje techniczne (stosowanie tylko
cementu CEM I), przyjęcie cementów żużlowych do realizacji obiektów mostowych i dro-
gowych wymaga od producentów betonu i ich laboratoriów nadzorujących podejmowania
12
Zastosowanie cementów żużlowych ...
rozmów z projektantami i wykonawcami. Jednakże takie rozwiązania technologiczne
pozwalają uniknąć trudności w realizacji konstrukcji, mają wymierny efekt ekonomiczny
i prowadzą do powstania trwałych obiektów.
Literatura
[1] Giergiczny Z., Rajski O., Rowińska W., Rudziński W., Wyszkowski A.: Doświadczenia ze stosowania
różnych cementów w budowie Mostu Millenium we Wrocławiu, Konferencja  Dni Betonu 2004 ,
Polski Cement, Wisła 2004.
[2] Faleńska M., Gajger W.: Doświadczenia ze stosowania cementu CEM III/A przy realizacji fundamen-
tów mostu Siekierkowskiego w Warszawie, Konferencja Beton na progu nowego milenium, Polski
Cement, Kraków 2000.
[3] Kaszuba S., Saferna M.: Termika betonu w konstrukcjach mostowych VI Sympozjum Naukowo-
-Techniczne  Reologia w technologii betonu, Gliwice 2004.
[4] Rożek R., Sokołowski K.: Budowa tunelu drogowego w Bielsku-Białej , Geoinżynieria: drogi, mosty,
tunele, 01/2006 [3]PN-B-06265  Krajowe uzupełnienia.
[5] PN-EN 197-1  Cement. Część 1: Skład, wymagania, i kryteria zgodności dotyczące cementów po-
wszechnego użytku .
[6] PN-B-19707  Cement. Cement specjalny. Skład, wymagania i kryteria zgodności .
[7] Giergiczny Z., Małolepszy J., Szwabowski J., Śliwiński J.: Cementy z dodatkmi mineralnymi w tech-
nologii betonów nowej generacji, Wydawnictwo Instytut Śląski, Opole 2002.
13