Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Повышение качества дорожного покрытия путем применения цементобетона

Повышение качества дорожного покрытия путем применения цементобетона

Гайлитис Д.И., Вишталенко М.В., Макеенко К.В.

Брянский государственный инженерно-технологический университет, РФ

К вопросу повышения качества цементобетонных покрытий

автомобильных дорог и аэродромов

Цементобетонные покрытия автомобильных дорог и аэродромов являются наиболее долговечным видом покрытий. В России проектный срок службы цементобетонных покрытий составляет в среднем 20-25 лет, тогда как для асфальтобетонных покрытий этот срок составляет 10-15 лет. Поскольку реальный срок службы асфальтобетонных покрытий по ряду причин ниже проектного, очень актуальным представляется строительство долговечных цементобетонных покрытий.

В пользу цементобетонных дорог работает еще и такой фактор, как отсутствие качественных дорожных битумов, которые российская промышленность практически не выпускает. В настоящее время из-за сильного подорожания битумов стоимость сооружения асфальтобетонных и цементобетонных покрытий практически сравнялась.

Отличительной особенностью бетона, применяемого при устройстве автомобильных дорог и аэродромов, является способность выдерживать действие динамических и изгибающих нагрузок, истирание и агрессивное воздействие атмосферных факторов. Наиболее перспективным в настоящее время является дорожный цементный бетон с прочностью, соответствующей по величине классу не ниже Вtb4,8 (марок не ниже Рtb60). Эта величина прочности бетона определяет высокую несущую способность покрытий, их выносливость и трещиностойкость. Такая прочность дорожного бетона обеспечивается при использовании стандартных, выпускаемых отечественной промышленностью материалов за счёт снижения водоцементного отношения до величин 0,28 — 0,38 и использования комплексных химических добавок (воздухововлекающих добавок и суперпластификаторов). При этом прочность бетона на сжатие соответствует классам не ниже В35 (маркам не ниже М450), что, в свою очередь, определяет высокую износостойкость цементобетонного покрытия, стойкость против скалывания, устойчивость к истиранию, ударную стойкость, готовность покрытия к раннему открытию движения автотранспорта. Такие бетоны по современной зарубежной классификации относятся к бетонам с высокими эксплуатационными характеристиками (High Performance Concrete – HPC).

Прочность дорожных бетонов зависит, прежде всего, от качества составляющих материалов и состава бетона. Однако, применение специальных добавок позволяет значительно повысить различные нормируемые параметры бетонных смесей.

Самые распространенные модифицирующие добавки в бетон называются пластификаторами, эти вещества предназначены для разжижения бетонной смеси, чтобы в дальнейшем ее можно было удобно и эффективно подвергать переработке. Пластификаторы достаточно универсальны в своем применении — они пригодны и для увеличения прочности и плотности бетона, и для улучшения его водонепроницаемости, так как благодаря ним количество воды в смеси уменьшается на 30 %, хотя смесь и сохраняет свою подвижность. Кроме того, пластификаторы снижают общее количество воды и цемента, что позволяет получить бетон с небольшой усадкой.

Воздухововлекающие добавки используют главным образом для повышения морозостойкости бетонов и растворов. Механизм действия воздухововлекающих веществ очень простой. Вода, замерзая, рвет бетон как бумагу. Создавая в материале воздушные полости, мы даем воде место для расширения и уменьшаем ее разрушительную силу. Применение синтетических воздухововлекающих добавок Mischol LP 71 и Micro Air®125 производства концерна БАСФ позволяет повысить морозостойкость бетона минимум на 2 класса, а водонепроницаемость – минимум на 3 класса. Mischol LP 71 и Micro Air ®125 – это жидкие добавки на основе поверхностно-активных веществ. Рекомендуемая дозировка 0,1 – 0,8% от массы цемента.

Из многочисленных видов добавок-суперпластификаторов, исследованных у нас в стране различными научно — исследовательскими институтами, наиболее доступным и освоенным отечественной химической промышленностью и строительным производством оказались суперпластификатор С-3 и комплексная добавка С-3+СНВ . Суперпластификатор С-3 представляет собой водорастворимый сульфированный продукт на нафталинформальдегидной основе. В состав С-3 входит также некоторое количество пластификатора ЛСТ (технических лигносульфонатов) и сульфата натрия. Добавки С-3 и С-3+СНВ выпускаются в жидком виде, в виде водного раствора 33 – 39 % концентрации, и в порошкообразном. Добавка С-3 остаётся сегодня одной из самых эффективных отечественных пластифицирующих добавкок в цементные бетоны, сравнимой с зарубежными аналогами («Мельмент», «Майти», «Мапей», «Woerment» и др.).

Принцип действия добавки С-3 в бетоне, как и других пластификаторов, основывается на ослаблении коагуляционного взаимодействия новообразований в цементном тесте в первые часы после затворения сухих составляющих бетонной смеси водой, на диспергирующем действии добавки в цементных системах.

Однако полагаться только на один вид добавок не рационально. Исследования в области повышения качества цементобетонов показывают, что на сегодняшний день существуют достаточно перспективные разработки. Например, существует технология использования литых и самоуплотняющихся бетонных смесей. При использовании таких смесей с осадкой конуса более 20 см отпадает необходимость применения вибрационной техники. Использование литых бетонных смесей вместо смесей с осадкой конуса 1- 4 см позволяет на 10 % снизить расход цемента и сократить трудозатраты.

Установлено, что введение гиперпластификатора улучшает удобоукладываемость бетонной смеси при любых расходах цемента. При расходах гиперпластификатора от 0,8 до 1,2 % от расхода цемента получены равноподвижные смеси с пониженным расходом воды на 20 % по сравнению с бетонной смесью на основе С-3. Введение микрокремнезема в литую бетонную смесь значительно влияет на прочность бетона, при этом максимум прочности достигается при расходе микрокремнезема в пределах 7 — 12 % массы цемента. При дальнейшем увеличении доли добавки прочность практически не повышается.

Еще одна комплексная минерально-химическая добавка — «БИО-НМ» — Добавка «БИО-НМ» по основному эффекту действия относится к добавкам, снижающим проницаемость бетонов и растворов и повышающая их стойкость при эксплуатации в агрессивных средах. Проведено исследование прочности образцов бетона, изготовленных по стандартному рецепту и с добавкой «БИО-НМ» в количестве 2, 3 и 5 %. По результатам, представленным на рисунке 1 видно, что наибольшую прочность в возрасте 28 суток имеют образцы с добавками в количестве 3 и 5 %. При этом видно, что разница в прочности образцов весьма незначительно, поэтому вполне достаточно добавлять 3 % «БИО-НМ» для получения бетона высокой прочности.

Рисунок 1 – Сравнительные характеристики бетонов с добавкой «БИО-НМ»

Как показали исследования и наблюдения за дорогами, работающими в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях и при повышенных транспортных нагрузках, для повышения их эксплуатационных показателей, целесообразно устраивать покрытия из бетонных смесей, армированных стальными или другими фибрами.

Применение фибры позволяет также увеличить в 2-3 раза расстояние между температурными швами покрытия, а в отдельных случаях отказаться от их устройства.

Проанализированы также авторские свидетельства, в которых предлагаются различные составы цементобетонных смесей, позволяющие улучшить их свойства. В частности – повысить прочность и снизить водопроницаемость.

Интересным является состав, включающий портландцемент, минеральный заполнитель, добавку на основе нефтепродукта и воду. В качестве добавки состав содержит нефтешлам — отход нефтеперерабатывающего завода при следующем соотношении компонентов: портландцемент 6 — 14 %, минеральный заполнитель 66 — 68 %, добавка 15 — 19 %, остальное – вода.

Задачей изобретения являлось снижение набухания, повышение прочности и водонепроницаемости бетона. Данные испытаний показали, что данная смесь имеет прочность на сжатие 14,5 МПа, тогда как смесь, приготовленная по обычном рецепту – 8 МПа. Водонепроницаемость смеси – 16,2 МПа. У смесей традиционного состава – 9 МПа.

По результатам исследования можно сделать вывод, что введение добавок – один из наиболее эффективных факторов, повышающих долговечность бетона. Особенно важно применять добавки при сооружении покрытий для аэродромов, при строительстве дорог, при закладке бассейнов или иных гидротехнических сооружений.

1. Шейнин А.М., Эккель С.В. Использование микрокремнезёма в дорожном бетоне // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2005. — №2.- с.28-33.

2. Попова Е. С. Повышение качества дорожного покрытия путем применения цементобетона [Текст] // Современные тенденции технических наук: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2015 г.). — Казань: Бук, 2015. — С. 76-79.

Характеристика дорожного бетона

Строительство дорог – процесс, который существует много веков. Методами проб и ошибок подбирались материалы, которые обладают необходимой прочностью и износостойкостью. Ежедневные нагрузки, которым поддается дорожное покрытие, ставит для строителей много задач одновременно, главная из которых — сделать качественное дорожное покрытие. С этой целью применяют специальный бетон — дорожный.

Для чего используется? Виды

Дорожный бетон относится к тяжелым бетонам. Они применяются для укладки дорожного полотна и аэродромных покрытий. Он отличается тем, что способен выдержать постоянные большие нагрузки. Для того, чтоб свести стоимость к минимуму, необходимо сделать бетон максимально долговечным.

Для изготовления правильного раствора необходимо четко придерживаться рецептуры, утвержденной ГОСТ, в зависимости от места использования.

Дорожный бетон применяют для:

  • Изготовления однослойной плоскости или верхнего слоя многослойной. Требования к такому раствору максимально высокие, так как бетон будет изнашиваться не только от транспорта, но и от влияния окружающей среды.
  • Укладки нижнего слоя двухслойных покрытий. Изготовление такого вида более экономичное из-за меньших требований к его компонентам, а также от исключения влияния внешней среды.
  • Заливки основы для усовершенствованного типа. Требования к такому бетону невысокие.

В раствор добавляются примеси, что улучшают его стойкость к низким температурам, количество и вид которых зависят от климатических условий. Составляющие бетонов влияют на его износостойкость: чем он подвижней, тем менее устойчивым будут дорожные пути. Трасса, кроме нагрузок от транспорта, может поддаваться влиянию воды (снег, дожди), перепадов температур, поэтому дорожный бетон для его укладки должен быть качественным и прочным.

Состав. Особенности изготовления

Для стойкости и прочности применяют ряд специальных добавок, которые влияют на качественные характеристики. Полимерные примеси повышают прочность в дорожном бетоне, в том числе в агрессивной среде. Фиброволокно влияет на стойкость к динамическому воздействию, оно дает дополнительное армирование. Фибра повышает износостойкость, используется для автомагистралей.

В приготовлении раствора необходимо придерживаться пропорций цемента, песка и добавок (1:2:5). Для того чтоб дорожный бетон обладал всеми необходимыми характеристиками, необходимо выдержать правильное соотношение воды и цемента в растворе: 0,6 для нижних слоев; 0,5 для верхних, 0,75 для укладки основания. Если воды слишком много, это может влиять на «работу» добавок в растворе.

Диаметр частиц заполнителя: до 2 см в верхнем слое; до 4 см в нижнем. Зерна заполнителя влияют на монолитность основы, их количество не должно превышать 450 кг/м3, а для верхнего слоя – 500 кг/м3. Подвижность бетона не должна превышать 2 см. Для пористости применяют воздухововлекающие добавки. Этот параметр влияет на морозостойкость и переносимость химического воздействия.

Для ускорения твердения плоскости в процессе смешивания добавляют пластификаторы. Они добавляются перед укладкой бетона. Вместе с воздухововлекающими примесями и цементом они обеспечивают максимально высокие свойства бетона.

Все добавки должны использоваться согласно инструкциям производителей. Если одновременно применяется несколько примесей, то их количество вместе должно быть меньше 60 г/кг цемента. Раствор адаптируют по консистенции под устройства для укладки и условия окружающей среды.

Производство

Трасса чаще всего заливается растворами, которые изготавливаются на заводе. Такое изготовление имеет свои особенности. Основой таких растворов являются пластификаторы или гидрофобные портландцементы. Конечный состав смеси зависит от желаемого результата.

Для двухслойных автомобильных путей верхний слой изготавливается из портландцемента (марка М400 и выше), песка средних и крупных зерен, щебня среднего размера (прочность сжатия от 800 кг/м2). Для нижнего слоя можно использовать материал прочностью от М300.

Если трасса прокладывается в условиях, где возможны критично низкие температуры, используются добавки для повышения морозостойкости. Такая примесь выбирается в зависимости от того, какая в местности среднемесячная температура в холодное время.

Характеристики дорожного бетона

  • Микротрещины. Строительство часто происходит в плохих погодных условиях, поэтому раствор должен обеспечивать низкий уровень образования микротрещин при твердении бетона.
  • Стойкость к внешним воздействиям. Дорожные пути постоянно поддаются влиянию вибраций от транспорта.
  • Химическая стойкость. В зимнее время дороги покрывают веществами, что уменьшают скольжение по льду.
  • Растяжение. Большая нагрузка в дорожных бетонах падает не только на сжатие, но и на растяжение.
  • Прочность и морозостойкость. Чем выше показатели в этой категории, тем дольше будет срок эксплуатации, а это значит, что затраты на ремонтные работы будут меньше.

Вернуться к оглавлению

Укладка

Дозировка

Зернистые заполнители дозируются по отдельности каждый. Цемент, заполнители и добавки добавляются по весу. Дорожный бетон изготавливают в бетономешалке принудительного действия. После добавления всех компонентов их необходимо смешивать еще около минуты. Для того, чтоб покрытие было равномерным, каждый слой заливается только из одного смесителя.

Работа с участком

Для того, чтоб минимизировать влияние воды, участок под него поднимают, а также регулируют уклон.

Реконструкция

Если целью работ является не укладка новой трассы, а нанесение бетона на уже имеющееся полотно, задача значительно упрощается, так как не нужно ждать утрамбовки бетона. Рабочий участок очищается. Площадь выравнивается, чтоб не было бугров и ям. Участок покрывается крупным песком (30-50 мм), после чего — таким же слоем щебня. Делают опалубку. Не нужно заливать бетоном сразу весь участок. Через небольшие расстояния необходимо оставлять зазоры.

Пробы

Перед тем как начинать укладку раствора, необходимо проверить составляющие материалы. Это делают для того, чтоб проверить, дадут ли те или иные добавки необходимые качества материалу. Результат исследования должен быть записан в протоколе по каждому параметру отдельно. Такой документ является частью договора на строительные работы.

Если строительство другого объекта проводится в такой же местности и условиях окружающей среды, позволяется использовать предыдущие данные, но при этом они не должны быть старее 24 мес. Образцы могут быть затребованы заказчиком. Если материалы поставляются с производства, необходим также заводской контроль качества.

Вывод

Дорожный цементный бетон – это многокомпонентный материал, который должен соответствовать не только условиям эксплуатации, но и нормам ГОСТ. Его состав и свойства зависят от внешних факторов и подбираются в каждом конкретном случае.

Всё об асфальтировании / Дорожно-строительный дайджест

Асфальтирование или цементирование? Выбор технологии строительства и типа автомобильного дорожного покрытия

По качеству автомобильных дорожных покрытий и состоянию дорожной сети в целом, наша страна, к сожалению, занимает далеко не первые позиции в общем рейтинге стран мира. Можно сказать, что это является отличительной особенностью не только украинских дорог, но и всего дорожного фонда на постсоветском пространстве.

Даже при самом качественном асфальтировании, как правило, уже через 2–3 года после ввода в эксплуатацию, асфальтобетонное покрытие требует проведения ремонта на отдельных участках (устранения колейности, ликвидации выбоин, заделки трещин и других дефектов в дорожном покрытии). Далее, обязательным становится ежегодный ремонт такой дороги, т. к. выбоины, трещины, сколы и другие дефекты появляются все чаще. Причина тут не только в качестве асфальтированного покрытия, но и в отсутствии должного обслуживания дороги: своевременной проливки образовавшихся трещин, ликвидации мелких выбоин, экстренного ремонта и асфальтирования опасных участков.

Основные технологии строительства автомобильных дорог

На данный момент, существуют серьезные различия в технологиях строительства автомобильных дорог в Украине и в западных странах. Это относится как к подготовке дорожных оснований, так и к укладке верхних слоев покрытия.

Существенную роль в строительстве новой дороги играет рельеф местности, климатические особенности региона, прогнозируемая транспортная нагрузка, бюджет строительства и другие факторы. Принимая во внимание все эти моменты, можно говорить об уникальности каждого дорожно-строительного проекта. Так, при строительстве горной дороги, обязательно учитывается рельеф местности. При строительстве магистральных дорог (дорог 1-й категории), наоборот, рельеф местности изменяется с учетом прокладки будущей трассы (засыпаются впадины, срезаются возвышенности, через реки строятся мосты и эстакады, сквозь горы строятся тоннели). Объясняется это тем, что на дорогах такой категории должен обеспечиваться определенный скоростной режим, в связи с чем она не должна иметь крутых поворотов, резких подъемов и спусков.

Поскольку тело самой дороги, ее сечение и конструкция может иметь множество вариантов, то классифицируют их в основном по типу дорожного покрытия, исходя из их капитальности. К капитальным дорожным покрытиям относятся асфальтобетонные и цементобетонные. В асфальтобетонном в качестве вяжущего материала используется асфальт, ну а в цементобетонном — цемент.

Цементобетонное покрытие дороже асфальтобетонного в среднем на 70–85 %. Так, если по состоянию на 2014 год цены на асфальтирование по Киеву и Киевской области варьировались от 100 до 200 грн за 1 м², то стоимость создания бетонного дорожного покрытия составляла 350–400 грн. С другой стороны, за относительную дешевизну асфальтированных покрытий, приходится платить необходимостью постоянного контроля состояния дорожного полотна и проведения его ремонта уже через 3–4 года после ввода дороги в эксплуатацию. Таким образом, одним из главных аргументов при асфальтировании дорог является экономия средств в краткосрочном периоде.

Читать еще:  Плюсы и минусы строительства бани из шлакоблоков

Первые 10–12 лет цементобетонное покрытие не требует практически никакого обслуживания. По факту получается, что через 8 лет эксплуатации общие расходы на содержание цементобетонного и асфальтированного дорожного покрытия уравниваются (за счет постоянных трат на проведение ремонта асфальтированной дороги). В дальнейшем, с каждым годом цементобетонная дорога становится даже дешевле асфальтобетонной, особенно если учитывать тот факт, что бетонная дорога может прослужить до 50 лет.

На территории Украины и стран СНГ строили и строят главным образом асфальтовые дороги, на Западе — бетонные. В США таких дорог — 60 %, в Германии — 38 %, в Австрии — 46 %, в других западных странах также достаточно большой процент. Важными причинами, по которым у нас затруднено строительство цементобетонных дорог является дефицит требуемых марок цемента, малая производительность работ и их высокая стоимость.

Одной из главных причин малой распространенности цементобетонных дорог, является дефицит цемента, производимого на основе клинкера нормированного состава, который применяется для строительства таких дорожных покрытий. Большинство отечественных цементных заводов не обладает соответствующим уровнем автоматизации производства и непрерывного контроля качества клинкера, который часто имеет серьезные колебания по минералогическому составу, и, соответственно, не может являться клинкером нормированного состава. Таким образом, только появление новых, полностью автоматизированных цементных заводов, с высоким уровнем контроля качества, позволит получать цемент для строительства цементобетонных дорожных покрытий требуемого качества.

Конструктивные особенности цементобетонной дороги

В упрощенном виде асфальтированная автомобильная дорога представляет собой земляное полотно, с уложенными поверх него слоями дорожной одежды: песчаный слой — 40 см, щебеночный слой — 20–25 см, битумная обработка и 3 слоя асфальтобетонной смеси — 5, 6 и 8 см. Каждый из слоев уплотняется грунтовыми и асфальтовыми катками до определенного состояния. Фактически также выглядит и цементобетонная дорога, за исключением верхнего слоя, который представляет собой качественно уложенный и выровненный бетон.

Конструктивно цементобетонное дорожное полотно представляет собой плиту толщиной 18–24 см. На определенном расстоянии между отрезками плит, делаются «температурные швы», для того, чтобы при изменении температуры цементобетонная плита могла расширяться и сжиматься, и в ней не возникали напряжения, которые могут привести к растрескиванию бетона. В умеренном климате такие швы устраивают через 20–30 метров. Это расстояние зависит от температуры бетонной смеси в момент укладки, а также от климата. Сам шов заполняют прокладкой из дерева мягких пород (сосна, ель), резины и других материалов, а верхнюю часть заливают эластичной битумной мастикой, для того чтобы в основание под плитой не проникала влага.

Если не предусмотреть температурные швы расширения, то покрытие, нагреваясь в жаркий день, будет достаточно напряжено, и с его поверхности могут откалываться целые куски бетона. Между швами расширения устраиваются «поперечные швы сжатия». Делается это потому, что при охлаждении покрытия до температуры меньшей, чем была температура бетонной смеси в момент укладки, бетон будет сжиматься, и бетонная плита может дать трещины. Такие швы устраиваются обычно на расстоянии 6–12 м и представляют собой прорези, глубина которых равна 1/3 толщины плиты. Когда в бетоне появляются напряжения от сжатия при охлаждении, цементобетонная плита растрескивается в наиболее слабом месте — по сечению, ослабленному надрезом. Благодаря таким швам контролируется поведение всей бетонной плиты. Шов сжатия заливают специальной эластичной мастикой.

По оси дороги, необходимо также устанавливать «продольные швы сжатия», иначе могут образоваться продольные трещины. Таким образом, дорожное покрытие на цементном вяжущем материале состоит как бы из отдельных плит. Во избежание нарушения монолитности всего покрытия, а также для передачи нагрузки движущихся машин от одной плиты к другой, в швах устанавливают специальные металлические стержни. Как следствие, срок службы бетонной дороги, во многом определяется качеством выполнения всех этапов работ по устройству такого дорожного покрытия.

Преимущества цементобетонного дорожного покрытия

Помимо высокой прочности, долговечности и износоустойчивости, применение цементобетона дает достаточно большую экономию средств по сравнению с асфальтированием. Срок службы цементобетонного дорожного покрытия в несколько раз больше по сравнению с покрытием из асфальтобетона, а это в свою очередь позволяет сократить расходы на содержание и ремонт дороги до минимума. С каждым годом, традиционному асфальтированию дорог отводится все меньшая роль, а количество автомобильных дорог с цементобетонным покрытием непрерывно растет и они становятся основным видом магистральных дорог, т. к. бетонные дороги не только не хуже асфальтобетонных, но и имеют ряд неоспоримых преимуществ: эксплуатационных, экологических и экономических.

Эксплуатационные преимущества бетонных дорог

Эксплуатационные преимущества связаны с тем, что цементобетон как жесткий вид покрытия распределяет нагрузку на большую площадь земляного полотна по сравнению с более «гибким» асфальтобетоном. Бетонные дорожные покрытия гораздо долговечнее и прочнее асфальтовых и способны прослужить без ремонта много лет. В то время как движение по асфальтированным трассам часто останавливается или ограничивается из-за проводимого ремонта, дороги с бетонным покрытием эксплуатируются практически без перерывов. В весенний период, когда земляное полотно испытывает наиболее сильные нагрузки по температурному режиму, только 6 % цементобетонных дорог подвергается деформациям, для асфальтовых дорог этот показатель составляет 61 %. Большегрузные автомобили сильно прогибают асфальт, повреждая его, что приводит к увеличению расхода топлива. Цементобетонное покрытие уменьшает прогиб дорожного полотна и, следовательно, экономит топливо. К тому же на цементобетонном покрытии не возникает колейности и волнообразности, как на асфальте.

Движение по бетонным дорогам значительно безопаснее. В дождливую погоду выбоины в асфальте наполняются водой, что создает дополнительную опасность аквапланирования. Зимой вода в выбоинах превращается в лед, что снижает коэффициент сцепления. В то же время на гладком бетонном покрытии вода практически не задерживается. Цементобетонное покрытие в темное время суток отражает свет значительно лучше чем асфальт, что обеспечивает хорошую видимость для водителей.

Существует мнение, что бетонные дороги, более «шумные» чем асфальтированные. Но как показали реальные исследования, движение по цементобетонному покрытию создает в среднем всего на 5 дБ больше шума, чем по асфальтовому. Более того, современные технологии строительства позволяют бетонным дорогам полностью приблизиться к асфальтобетонным по уровню шумности.

Экологические преимущества бетонных дорог
  • Вредные нефтепродукты, содержащиеся в асфальтобетоне, вместе с водой проникают в грунт, и всего через несколько лет эксплуатации земля как под дорогой, так и вокруг нее полностью загрязняется нефтепродуктами.
  • Меньший расход топлива на то же расстояние по цементобетонной дороге означает меньший выброс вредных веществ в атмосферу. Кроме того, повышенные эксплуатационные характеристики цементобетонных дорог позволяют одной единицей большегрузной техники перевозить по ним гораздо большее количество груза.

Источник: Войлоков И.А. Асфальтобетон или цементобетон? // «Еврострой». — №64. — С. 48–50.

Преимущества жестких покрытий автомобильных дорог

Некоторые аспекты проектирования, строительства и эксплуатации автомагистралей с цементобетонным покрытием.

Автодороги с цементобетонным покрытием, в отличие от нежестких покрытий, характеризуются повышенным уровнем стабильности движения и требуют значительно меньших трудовых, временных и финансовых затрат на содержание и ремонт, что в свою очередь позволяет снизить как аварийность, так и заторы на дорогах.

Сегодня, чтобы получить все вышеуказанные преимущества, не требуется увеличения начальных затрат на строительство; напротив, существует реальная возможность экономии до 30% средств, затрачиваемых на строительство цементобетонного покрытия по сравнению с асфальтобетонным.

При проведении сравнения стоимостей владения (анализ затрат на протяжении всего жизненного цикла) двух типов покрытий выгодность применения цементобетона в качестве дорожного покрытия еще более очевидна: цементобетонные покрытия обеспечивают долгосрочные высокоэффективные решения от момента реализации проекта, включая снижение прямых затрат на строительство и содержание автомагистралей, а также косвенных расходов, связанных, например, с перебоями движения, ДТП, расходом топлива, износом шин и т.д., до окончания срока службы покрытия.

Такой анализ показывает, что при сроке эксплуатации покрытия в 40 лет общая стоимость нежесткого покрытия (асфальтобетон) почти в 2,5 раза превысит аналогичный показатель некоторых типов жестких покрытий (цементобетон). Этому есть достаточно простое объяснение: если нежесткие и композитные покрытия требуют ремонта максимум через 10 лет после строительства, то жесткие – не ранее, чем через 15 (поверхностный ремонт), при этом ремонт цементобетонного покрытия может быть совсем незначительным, а, значит, менее дорогостоящим.

Если нежесткое (композитное) покрытие после 25 лет эксплуатации требует повторного ремонта поверхности и полной замены не менее 30% покрытия, а после 40 лет — его полной утилизации, то покрытию жесткому (цементобетон) после 25 лет эксплуатации требуется лишь повторный поверхностный ремонт и / или замена 10% либо ремонт по специальным технологиям (whitetopping, фрезерование с нанесением продольной текстуры), а после 40 лет – очередной поверхностный ремонт и / или замена всего лишь 20% покрытия либо ремонт по вышеупомянутым технологиям, после чего цементобетонное покрытие в полном объеме готово служить в течение еще 10, 20 и даже более лет!

Кроме очевидных экономических преимуществ (снижение затрат, долговечность) необходимо упомянуть и другие, не менее важные, плюсы от применения цементобетонных покрытий автомагистралей и дорог.

За последние годы во многих странах применяются технологии, позволяющие получить дороги с пониженным уровнем шума, но при этом с повышенным коэффициентом сцепления, в том числе при неблагоприятных погодных условиях.

Например, применяется цементобетон с поверхностью в виде «открытого» щебня (в странах ЕЭС), технология нанесения продольной текстуры специальным алмазным инструментом (в США), а также (в частности, в Великобритании) — ⁠укладка тонкого слоя асфальтобетона поверх цементобетонного покрытия, изначально построенного со сплошным продольным армированием.

К преимуществам следует отнести и минимальную потребность в ремонте цементобетонных покрытий, что повышает безопасность движения и снижает количество ДТП: значительно меньшее количество работников дорожных служб вынужденно находятся на проезжей части.
Нельзя не отметить экологичность цементобетонных покрытий за счет возможности полной переработки и вторичного использования всех составных компонентов покрытия по окончании его срока службы.

Бетонные дороги гораздо устойчивее к различным экстремальным погодным условиям, в частности, высокой температуре воздуха, а при движении по цементобетонным покрытиям происходит существенная экономия топлива (не менее 6-7%).

Применение цементобетона в дорожном строительстве может включать, помимо устройства новых дорожных покрытий, строительство отдельных полос движения, замену существующих полос на цементобетон, реконструкцию обочин.

Эти решения с успехом применяются в Северной Америке и Европе, других регионах, обеспечивая высокое качество покрытия по ровности поверхности, сопротивлению скольжению и понижение уровня шума.

Проектирование любого цементобетонного покрытия автомобильных дорог состоит из следующих этапов:

  • Проектирование слоев основания с учетом несущей способности грунтов
  • Анализ интенсивности движения с учетом количества осей за срок службы
  • Получение толщины верхнего слоя с учетом двух первых пунктов
  • Возможное уменьшение полученной толщины покрытия за счет повышенных прочностных характеристик материалов
  • Проектирование швов конструкции с учетом типа применяемых инертных материалов, плотности армирования и толщины слоев покрытия
  • Особое внимание уделяется необходимости не предусматривать швы в области повышенной интенсивности движения или в местах наиболее вероятного образования колеи

Цементобетонное покрытие со сплошным продольным армированием применяется уже более 75 лет; концепция покрытия такого типа состоит в отсутствии поперечных швов, при этом арматура, расположенная по всей длине покрытия, контролирует ширину поперечных трещин, возникающих с интервалами 1,5 – 2,5 м.

Такое покрытие обеспечивает высокий уровень ровности, выдерживает самые высокие нагрузки и другие неблагоприятные внешние условия, способно эффективно «работать» на протяжении 50–60 лет практически без ремонта.

Говоря о технологиях ремонта покрытий с целью восстановления их ровности, коэффициента сцепления, а также снижения шумового эффекта, хотелось бы остановиться на технологиях фрезерования алмазными дисками и усиления покрытий слоем цементобетона.

Фрезерование (нанесение продольной текстуры, канавок) используется в Северной Америке с 1960-ых годов. Фрезерованное покрытие способно прослужить до того, как потребуется выполнить данную процедуру в следующий раз, от 11 до 17 лет.

В связи с тем, что в процессе фрезерования снимается лишь от 3 до 8 мм изношенной поверхности, его можно остановить в любое время, тем самым обеспечивая возможность выполнения ремонтных работ, надолго не перекрывая участки дорог либо вне часа пик. Не требуется каких-либо дополнительных работ, связанных с модификацией дренажа, барьерных ограждений, не нужно думать об ограничениях габаритов по высоте, что постоянно приходится делать при использовании в качестве ремонта слоев асфальтобетона.

Практика показала, что данная технология восстановления цементобетонного покрытия обеспечивает повышение сопротивления скольжению в среднем на 54%, снижает уровень шума на 4–6 dBA.

Таким образом, можно заключить, что в течение жизненного цикла цементобетонное покрытие может подвергаться фрезерованию не менее 3 раз без сколь-нибудь значительного изменения несущей способности, при этом начальные свойства покрытия по сопротивлению скольжению и эффекту шумоподавления полностью восстанавливаются, а срок полноценной службы увеличивается не менее чем на 30 лет!

Технология Whitetopping, или усиление (ремонт) методом укладки слоя цементобетона поверх существующего покрытия, также известна дорожникам во всем мире в течение века, при этом за последнее время она получила широчайшее применение (прежде всего в США) вследствие ряда преимуществ: быстрота выполнения, экономичность, технологичность и, что наиболее важно, долговечность отремонтированного таким способом покрытия.


При устройстве слоя цементобетона поверх существующего покрытия происходит сращивание нового слоя с существующим; если состояние основания существующего покрытия приемлемое, замены такого покрытия или его части не требуется. Оно проходит холодное фрезерование, очистку, и далее готово к приему нового верхнего слоя цементобетона, укладываемого по технологии, практически идентичной устройству нового цементобетонного покрытия.

Толщина укладываемого слоя при технологии Whitetopping может варьироваться в пределах 5–10 см и 10– 5 см в зависимости от поставленных задач по усилению существующего покрытия и его состояния, но во всех случаях налицо преимущества данного метода: экономическая эффективность (цементобетон сегодня часто дешевле асфальтобетона, за счет повышенного светоотражения вновь устроенного слоя потребность в освещении городских улиц снижается на 24%), долговечность (срок службы такого покрытия составляет около 30 лет), высокая эксплуатационная пригодность в течение всего срока службы, повышение безопасности движения (отсутствие колейности, лучше освещаемая проезжая часть).

К уже перечисленным преимуществам цементобетонных автодорожных покрытий можно добавить ряд факторов, связанных с возрастающей ролью автодорог, которые будут служить и служат уже (например, в Швеции, Бельгии) для интеграционных решений по взаимодействию транспортных средств, их автономности, зарядке батарей электрического транспорта, встроенных в дорожное покрытие датчиков и других устройств для обмена информацией всевозможного назначения.

Цементобетон в качестве материала для строительства и реконструкции дорожных покрытий полностью удовлетворяет данным требованиям.
Наиболее распространенным типом цементобетонного покрытия в большинстве стран, где жесткие покрытия используются при строительстве значительной части наиболее загруженных автомагистралей, является покрытие с армированными швами. Важным технологическим процессом, применяемым при строительстве такого покрытия, является погружение арматурных стержней в поперечные и продольные швы в процессе укладки.

Компания GOMACO предлагает полностью автоматизированную высокотехнологичную систему для армирования швов — IDBI (In-the-pan Dowel Bar Inserter). Бетоноукладчик GOMACO, оснащенный IDBI, выполняет операцию по армированию швов одновременно с укладкой покрытия, при этом система автоматического армирования обеспечивает точность и своевременность погружения арматурных стержней в покрытие на заданную глубину, качественное уплотнение смеси и идеально ровную поверхность покрытия.

Ровность поверхности контролируется специальным прибором — GSI (GOMACO Smoothness Indicator), а для контроля качества армирования шва применяется как отбор кернов, так и различные методы неразрушающего контроля (например, сканирование специальным оборудованием).

Читать еще:  Особенности установки свайных фундаментов с ростверком

Обеспечивая получение всех заданных параметров покрытия за счет неукоснительного соблюдения технологии и контроля качества выполняемых работ на всех этапах строительства, мы получаем качественный и долговечный готовый продукт. Устраивая покрытие с армированными швами за один проход, в один слой (толщиной до 60 см), используя один комплект бетоноукладочного оборудования GOMACO, цементобетонный завод для приготовления одного состава смеси, мы даем возможность подрядчику и конечному заказчику стабильно получать качественное покрытие, не расходуя лишнее время, финансовые средства и не увеличивая количество персонала.

Наша компания готова поставлять оборудование для укладки как одно-, так и двухслойного покрытия (под ним понимается покрытие, устраиваемое из двух слоев марочного бетона, отличающихся как по толщине, так и по составу смеси), при этом мы считаем, что на сегодня не имеется сколь-нибудь серьезных данных, подтверждающих обоснованность дополнительных затрат, неизбежно возникающих при реализации технологии устройства двухслойных цементобетонных покрытий. Более того ремонтопригодность двухслойного покрытия с применением вышеупомянутых технологий восстановления (фрезерование алмазным инструментом) существенно ниже, чем однослойного, вследствие недостаточной толщины верхнего слоя, что в результате не решает проблему долговечности и снижения затрат в течение жизненного цикла покрытия (стоимости владения).

Для специалистов, знакомых с технологией уплотнения жесткой цементобетонной смеси, не является секретом, что ее качественное уплотнение является результатом взаимодействия ряда важных факторов, включая скорость движения бетоноукладочной машины, жесткости уплотняемой смеси (ее осадки конуса) и частоты вибрации глубинных вибраторов. Последние исследования в области влияния частоты вибрации на качество покрытия, проведенные рядом организаций, практически не оставляют сомнений в преимуществах использования гидравлических глубинных вибраторов по сравнению с электрическими. Дело в том, что при уменьшении частоты вибрации до определенных значений, при которых гарантированно исключается вызываемое слишком высокой частотой вибрации расслоение смеси, что приводило бы к дефектам покрытия, только гидравлические вибраторы, благодаря своей конструкции, способны обеспечивать необходимую степень уплотнения бетона. Но, наверное, это — тема для другой статьи.

Цементобетонные покрытия автомобильных дорог

Повышение требований к надежности, работоспособности и прочности дорожных одежд вызвано ростом грузоподъемности транспортных средств и интенсивности движения на дорогах. За последнее десятилетие автомобильный парк России вырос в три раза. На некоторых дорогах интенсивность движения в 1,5 — 3 раза превышает допустимую для данной категории дороги.

Возрастающим требованиям движения, как показывает отечественный и мировой опыт, в наибольшей степени отвечают цементобетонные покрытия. Стабильные транспортно-эксплуатационные показатели, высокая долговечность дают им преимущества перед покрытиями, построенными с применением органическихвяжущих, Цементобетонные покрытия устраивают непосредственно на месте строительства из свежеуложенного бетона по конструктивным слоям основания.

В зависимости от интенсивности движения, свойств земляного полотна, плита из цементобетона может быть неармированной или содержать арматурную сетку, препятствующую раскрытию трещин в случае их возникновения, Толщину плиты назначают по расчету, и обычно она колеблется от 18 до 24 см, а иногда до 30 см.

Бетонное покрытие укладывают на искусственное основание из грунта, обработанного цементом, щебня, обработанного вяжущим или из других прочных материалов. Обеспечение необходимой ровности и прочности основания позволяет существенно снизить напряжения в цементобетонном покрытии и повысить его работоспособность.

В мировой практике используются две различные технологии строительства цементобетонных покрытий и оснований: в рельс-формах и скользящей опалубке. Рельс формы, устанавливаемые с помощью геодезических инструментов строго в соответствии с проектом расположения покрытия в плане и профиле, служат рельсовым путем для колесных самоходных машин бетоноукладочного комплекта и одновременно опалубкой для бетона.

В этот комплект кроме машин, осуществляющих распределение, уплотнение и отделку бетона, могут входить также машины для устройства деформационных швов, для нанесения пленкообразующих материалов с целью ухода за бетоном, для монтажа и демонтажа рельс-форм. При этом операции по уплотнению и отделке бетона выполняют специальные рабочие органы бетоноукладочной машины.

Безрельсовая укладка бетона в покрытия автомобильных дорог основана на применении специальных машин -бетоноу кладчиков со скользящими формами, рабочие органы которых выполняют за один проход машины распределение и уплотнение бетонной смеси, отделку поверхности бетона, а также устройство продольного деформационного шва. Полная автоматизация основных процессов укладки, однопроходный режим работы, отказ от трудоемких операций по монтажу и демонтажу рельс -форм позволяют резко повысить эффективность строительных работ: улучшить ровность покрытия, увеличить производительность укладки, снизить стоимость и трудоемкость работ. Ведущими зарубежными фирмами по выпуску современных бетоноукладочных комплексов являются: Gomaco (США), Wirtgen (Германия) и Massenza (Италия).

Во избежание разрушения бетона от совместного действия транспортной нагрузки и колебаний температуры, существенно увеличивающихся с ростом длины плит, в бетонных покрытиях устраивают деформационные швы различного назначения. В большинстве стран технология устройства поперечных деформационных швов характеризуется нарезкой их пазов в затвердевшем бетоне самоходными многодисковыми машинами — нарезчиками, Продольные швы в ряде случаев устраивают в свежеуложенном бетоне диском, смонтированном на бетоноотделочной машине.

Качество герметизации деформационных швов определяет долговечность цементобетонных покрытий. Для герметизации всех видов швов используются герметики холодного и горячего применения. Герметики холодного применения созданы на основе синтетических каучуков и, как правило, состоят из пасты и отвердителя, В России успешно применялись герметики VULCEM (США). U-SEA (Канада), COLPOR (Англия) и др. Герметики холодного применения используются с помощью пневмошприцев и заливщиков для двухкомпонентных герметиков.

Герметизирующие материалы горячего применения включают битумы нефтяные, дробленую резину, мягчители, пластификаторы, наполнители, полимерную добавку. Применение праймера (полимерной композиции) значительно удлиняет срок эксплуатации покрытия с герметичными швами.

Поперечные швы наиболее уязвимое место бетонных покрытий. Желание избавиться от температурных швов сжатия и расширения привело к созданию непрерывно армированных цементобетонных покрытий.

Принципиальное отличие непрерывно армированных конструкций от обычных неармированных состоит в том, что под влиянием внешних воздействий и благодаря наличию арматуры в них образуется поперечные трещины с шагом 1,5 -3,0 м и раскрытием их на поверхности до 0,2 — 0,4 мм. Незначительное раскрытие трещины обеспечивает передачу поперечной силы между плитами и гарантирует от проникновения к арматуре воды, так как на уровне арматуры трещины не раскрываются.

В г. Москве в 1972 году были построены первые опытные участки непрерывно армированных покрытий, которые показали высокую эффективность эксплуатации, В США и ряде европейских стран покрытия и основания с непрерывным армированием строятся в значительных объёмах.

В последние годы наблюдается тенденция создания дорожных бетонов повышенной прочности и долговечности. Это достигается путем модификации структуры бетона химическими добавками: пластифицирующими, воздухововлекающими и газообразующими. В России наилучший эффект получен с комплексной химической добавкой на основе суперплатификатора С-3 и воздухововлекающей добавки СНВ. В зарубежной практике широкое применение находит использование тройной комплексной добавки, включающей сочетание воздухововлекающей, газообразующей и пластифицирующей добавок. Направленная модификация структуры дорожного бетона позволяет создавать бетоны высокой прочности и морозостойкости при низком водоцементном отношении.

С появлением виброкатков, уплотняющих бетонную смесь до большей плотности и без раскрошивания крупного заполнителя, стало возможным использование бетонных смесей особо жесткой консистенции для строительства автомобильных дорог под тяжелые нагрузки. Отличительной особенностью применения таких смесей является меньший расход цемента по сравнению с традиционными смесями, широкое использование в их составе отходов производства, простота технологии строительства. Однако вследствие низкого расхода цемента и высокой пористости укатанные бетоны имеют относительно низкие прочностные показатели и морозостойкость.

Проведенные автором совместно с английскими учеными исследования показали возможность значительного улучшения свойств подобных бетонов за счет оптимального проектирования состава смеси, введения микро-заполнителей и поверхностно-активных веществ. Высокие транспортно-эксплуатационные качества и упрощенная технология строительства обеспечивают технико-экономическую эффективность применения укатанных бетонов в конструкциях дорожных одежд.

В России построено и успешно эксплуатируется более 6 тыс. км. автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями. В США 60% межштатных дорог с интенсивным движением транспортных средств имеют бетонные покрытия.

Повышенный срок службы дорожных одежд с цементобетонными покрытиями при минимальных затратах на их содержание, высокие транспортно-эксплуатационные качества, ограниченные запасы нефти и низкое качество битума, поставляемого для изготовления асфальтобетона, являются важными обстоятельствами определяющими перспективу применения цементобетона в дорожном строительстве.

Автор: Ушаков В, В,. д.т.н., профессор МАДИ (ТУ)

Источник: Журнал «Строительная техника и технологии», март-апрель 2001 г.

Цементобетон: свойства и характеристики материала

Цементобетон – один из наиболее распространенных строительных материалов, который используют для производства железобетонных изделий, а также для жилищного и дорожного строительства. Цементобетонные дороги по многим показателям превосходят асфальтированные, что и стало причиной повышенного внимания к этому материалу со стороны инженеров и проектировщиков транспортных путей.

Цементобетонное покрытие дорог может заменить традиционный асфальт.

Бетон на основе цемента

Свойства и характеристики

На фото показан процесс укладки бетона из автомиксера.

Бетон – это каменный материал искусственного происхождения, который применяют в строительстве и производстве изделий из железобетона. Получают его путем формирования и последующего твердения специально подобранной смеси компонентов, в числе которых вяжущее вещество (цемент, гипс, битум и др.), мелкие и крупные наполнители, вода и специальные целевые добавки.

Классификация бетонов производится согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 25192-82 и ГОСТ 7473-2010 по различным показателям: объемной массе, основному назначению, типу вяжущего вещества, виду наполнителей, условиям твердения и структуре.

Вот основные виды бетонов:

  • По объемной массе – особо тяжелый (плотностью более 2500 кг/куб. м), тяжелый (от 2200 до 2500 кг/куб. м), облегченный (1800 – 2200 кг/куб. м), легкий (500 – 1800 кг/куб. м) и особо легкий (плотностью менее 500 кг/куб. м);
  • По типу вяжущего компонента – силикатный, гипсовый, цементный, шлакощелочной, полимерный, асфальтовый;
  • По основному назначению – обычный, применяемый для строительства промышленных и гражданских объектов, специальный, в том числе гидротехнический, теплоизоляционный, дорожный, декоративный, жаростойкий, кислотостойкий, радиационно-защитный;
  • По виду наполнителей бетоны подразделяют на растворы на плотных, пористых и специальных наполнителях;
  • По условиям твердения бывают материалы естественного твердения, твердения в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении и автоклавного твердения;
  • По структуре выделяют продукты ячеистой, крупнопористой, поризованной и плотной структуры.

Цементобетон дает полотно светло-серого цвета, которое лучше видно ночью.

Важно! Цементобетонная смесь для дорожных покрытий после застывания дает тяжелый плотный цементный бетон естественного твердения, специального назначения на плотных наполнителях.

Преимущества для дорожного строительства

Строительство цементобетонных дорог способно повысить качество транспортных магистралей нашей страны.

Цементобетонные покрытия автомобильных дорог отличаются от традиционного асфальта рядом качеств. Причем качества эти — весьма существенные, от которых зависит не только красота и комфортность дорожного полотна, но и его надежность, безопасность и долговечность.

По сравнению с асфальтовыми бетонами, цементные обладают такими преимуществами:

  • Более высокая прочность. Цементные смеси дают камень, который выдерживает более высокие нагрузки на сжатие, растяжение и изгиб при растяжении, что положительно сказывается на эксплуатационных особенностях поверхности дороги;
  • Стойкость к повышенным и высоким температурам, возникающим вследствие инфракрасного излучения Солнца, а также из-за трения шин и воздействия горячих выхлопных газов, а в случае взлетных полос аэродромов – воздействия реактивного пламени двигателей. В отличие от асфальта, цементный бетон не плавится и не горит;
  • Стойкость к истиранию в результате движения транспорта. Установлено, что за год цементное полотно стирается примерно на 1 мм, что относительно мало;
  • Долговечность. Проектный срок службы дорог из этого материала составляет около 30 лет, а реальный может спокойно достигать 50-ти и больше;
  • Стойкость к агрессивным химическим средам и нефтепродуктам. Это также важный показатель качества для дорожных покрытий, которые постоянно контактируют с продуктами сгорания бензина и дизельного топлива, водой, солями и их растворами и прочими химикатами.

Укладка бетона производится специальной дорожно-строительной техникой.

Само собой, существуют и недостатки применения цементного бетона в дорожном строительстве. Это более высокая цена материала, вероятность вспучивания и растрескивания верхнего слоя, а также необходимость устройства продольных и поперечных деформационных шов в цементобетоне, где предполагается трудоемкая резка железобетона алмазными кругами и алмазное бурение отверстий в бетоне, которые производят специальными машинами.

Работы ведутся под постоянным присмотром инженеров и строителей.

Важно! Бетонное покрытие дорог подвергается воздействию множества факторов износа, поэтому инструкция предъявляет достаточно строгие требования к качеству компонентов и рецептуре состава смеси, а также к условиям приготовления, хранения и транспортировки раствора.

Требования

Сделать качественный продукт своими руками достаточно сложно.

Учитывая особые условия эксплуатации и повышенный специфический износ материала, цементный бетон для дорожных покрытий должен производиться в соответствии с рядом требований. Это, в первую очередь, требования к компонентному составу смеси (узнайте также как производится крепление лаг к бетонному полу).

Цемент для такого раствора должен относиться к виду портландцементов. Марка допускается не ниже М400, а для оснований многослойных покрытий – не ниже М300.

Завод по производству бетона.

При этом обязательно нормируется марка по морозостойкости, она должна быть не ниже F 150, а для оснований – не ниже F 50. Эти цифры показывают количество циклов замерзания/оттаивания в присутствии хлористых солей.

Еще одна важная характеристика, влияющая на подвижность и прочность бетона – это водоцементное отношение или В/Ц. Теоретически для затворения бетона достаточно В/Ц = 0.2, однако на практике такой раствор слишком жесткий и неподвижный, и укладка его невозможна.

Для дорожного раствора В/Ц нормируется в таких пределах: не более 0.5 для верхних слоев, не более 0.6 – для нижних и не более 0.75 – для оснований.

Передвижной бетонный завод.

Состав заполнителей также должен соответствовать нормам и правилам. Песок допускается природный крупно-, средне- и мелкозернистый, щебень – оптимального гранулометрического состава с количеством примесей не более 1%. Фракционный состав принимается до 40 мм – для однослойного покрытия или нижнего слоя двухслойного, до 20 мм – для верхнего слоя двухслойного покрытия.

Бетон приготавливают на бетоносмесителях циклического типа действия или на мобильных установках непрерывного действия, а укладывают с помощью комплекта бетоноукладочных и бетоноотделочных машин, а также машин для нарезки усадочных швов.

Вывод

Цементобетон – это отличное сырье для строительства современных автострад, взлетных полос и шоссейных дорог. Материал превосходит традиционный асфальт по целому ряду важных показателей, а видео в этой статье демонстрирует процесс укладки раствора на дорогу (узнайте здесь, что такое модуль упругости бетона).

Классификация, назначение и сферы использования цементобетона

Цементобетон – распространенный строительный материал, используемый для возведения надежных и долговечных построек. Обеспечение требуемых эксплуатационных параметров сооружений происходит благодаря его многочисленным разновидностям.

Регулируя компонентный состав и технологию приготовления бетона, можно получить смесь с заданными свойствами, наиболее подходящую для решения конкретной задачи.

Классификация и виды цементобетона

Принцип классификации строительных материалов основан на различиях в их составе и характеристиках. Введение дополнительных компонентов изменяет свойства цементобетона за счет химического или физического взаимодействия.

Цементно-полимерный

Насыщение бетона полимерными высокомолекулярными наполнителями (латекс, винилацетат, смолы) способствует образованию на внутренней поверхности пор, капилляров и цементных зерен тонких пленок. Их наличие обеспечивает повышенную прочность сцепления минерального наполнителя и цементного камня, пластичность и морозостойкость.

Цементно-полимерные бетоны имеют свою классификацию. Они бывают двух типов – наполненные (20-50 % полимера) и каркасные (1-3 %).

  • Наполненные композиции обладают наилучшими пластическими качествами, поскольку лишены полых дефектов.
  • В каркасных структурах полимеры лишь способствуют повышенному сцеплению цементных зерен, немного улучшая прочностные параметры.

Цементно-серный

Данная разновидность (цементно-серный бетон) отличается от классического бетона способом приготовления и композицией, в которой содержится сера и отсутствует вода. Смешивание компонентов осуществляется в нагретом до температуры 140-150 ºС состоянии, необходимом для поддержания серы в расплавленном виде.

Такой бетон обходится почти в 2 раза дороже обычного цементного состава, однако отличается в лучшую сторону по всем эксплуатационным качествам. С его помощью изготавливают стойкие к истиранию и химическому воздействию покрытия, заливают стыки строительного камня и металлических конструкций.

Далее мы поговорим о таком виде цементобетона как дисперсно-армированный.

Дисперсно-армированный

Введение в состав цементобетона фибры является перспективным способом повысить его прочность на разрыв (изгиб), улучшить износостойкость и водонепроницаемость.

Читать еще:  Как самостоятельно сделать фундамент для бани без хлопот

Использование стальных добавок в количестве 30-40 кг на 1 м 3 раствора существенно повышает прочность бетонного монолита, а стекловолокно и органические полимеры обеспечивают его улучшенные прочностные и пластичные свойства. Дисперсионно-армированные бетоны обладают высокими гидроизоляционными качествами за счет слабого трещинообразования и гидрофобности полимерной фибры.

А теперь поговорим про высокопрочные модифицированные цементные бетоны.

Модифицированные

Под модификацией бетона понимается введение добавок, улучшающих его отдельные параметры в твердом или жидком состоянии. Модифицированные бетоны обладают рядом полезных качеств:

  • биоцидность – предотвращает развитие колоний микроорганизмов на поверхности и внутри дефектов бетона;
  • улучшенная перекачиваемость в жидком состоянии – снижение вязкости и адгезии с внутренней поверхностью трубопроводов;
  • пластичность и морозостойкость;
  • повышенная гидрофобность и гидроизоляция;
  • кольматация (поры бетона заполняются нерастворимыми в воде веществами);
  • ускоренный или замедленный процесс схватывания (степень полезности зависит от области применения).

Другие типы

К параметрам, используемым при классификации бетона, относится плотность. Чаще всего выделяют легкие, обычные и тяжелые (особо тяжелые) бетоны. При более детальном подходе различают пять разновидностей:

  • особо легкие – представлены пенобетонами с плотностью менее 1000 кг/м 3 ;
  • легкие – получены с использованием пористых наполнителей (1000-1800 кг/м 3 );
  • облегченные или средние – изготавливаются с легкими наполнителями и отличаются плотной компоновкой зерен (1800-2000 кг/м 3 );
  • тяжелые – классические бетоны (2100-2600 кг/м 3 );
  • особо тяжелые – производятся путем введения тяжелых наполнителей и имеют наиболее плотную структуру (свыше 2600 кг/м 3 ).

Применение материала

Бетонные конструкции получили распространение во всех сферах строительства.

Основные направления использования – возведение зданий, обустройство и укладка дорожных покрытий цементобетоном, проведение ремонтных и восстановительных работ. Давайте для начала поговорим об усилении асфальтобетонных покрытий слоями цементобетона.

Усиление асфальтобетонных покрытий и дороги

Цементобетоны применяются в реконструкции и прокладке автомобильных дорог, пешеходных дорожек и аэродромных покрытий. В дорожных работах используют дисперсионно-армированные составы, содержащие мелкую металлическую стружку или полимерные нити.

Жидкий бетон незаменим для аварийного и планового ремонта взлетно-посадочных полос и скоростных магистралей. Использование нескольких слоев цементных смесей с разным составом обеспечивает повышенную прочность и универсальность, по сравнению с однослойным покрытием.

О применении цементобетона для дорог расскажет следующий видеосюжет:

Строительство

Наибольшее применение цементобетон получил в строительной сфере. Ни одна капитальная постройка не проводится без предварительной заливки бетонного фундамента. Функцию несущих стен и перекрытий в высотных зданиях всегда выполняют железобетонные плиты, выдерживающие высокие нагрузки.

При постройке домов в сейсмически опасных регионах может использоваться цельная железобетонная конструкция, полученная путем заливки по мере возведения стен. Обустройство портов и вокзалов не обходится без оборудованных бетонных участков и подъездных путей. В местах разгрузки товарных составов и судов такие покрытия являются единственным материалом, выдерживающим интенсивное движение транспорта и погрузочной техники.

Лишь с применением бетона стало возможно возведение небоскребов и других нагруженных конструкций. Сложные системы туннелей метро, мостов и арок реализованы с использованием цементобетона в качестве основного материала. Расчеты прочностных характеристик и подбор модификаторов позволяют строить конструкции, невозможные во времена кирпичной кладки.

Другие типы

Цементобетоны служат материалом для изготовления плотин, русел водных каналов, проведения экстренных подводных и надводных ремонтных работ. Благодаря высоким экологическим качествам цементного камня стало возможным широкомасштабное строительство комплексов водоснабжения и очистки. Из бетона выполнены системы канализации, трубы, сооружения промышленного и хозяйственного назначения.

Бетоны на основе цементного связующего можно приготовить самостоятельно. Для улучшения или модификации их параметров добавляются отдельные присадки, реализуемые в готовом к применению виде. Цементобетоны широко используются в комплексе с другими строительными материалами, чтобы повысить прочностные характеристики без существенного удорожания конструкции.

Повышение качества дорожного покрытия путем применения цементобетона

Рубрика: 8. Строительство

Опубликовано в

Дата публикации: 02.10.2015

Статья просмотрена: 1703 раза

Библиографическое описание:

Попова, Е. С. Повышение качества дорожного покрытия путем применения цементобетона / Е. С. Попова. — Текст : непосредственный // Современные тенденции технических наук : материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2015 г.). — Казань : Бук, 2015. — С. 76-79. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/163/8886/ (дата обращения: 01.11.2020).

Важность поставленного вопроса обусловлена существующими реалиями. За последнее десятилетие очень сильно возросло количество автомобилей, постоянно возрастают грузопотоки, скорости движения и грузоподъемности автомобилей — всё это привело к такому росту динамического воздействия на дорожную сеть страны, что на сегодняшний день она оказалась не способной соответствовать восприятию таких нагрузок. Значительная часть федеральных дорог имеет высокую степень износа и исчерпала свою пропускную способность. По данным Федерального дорожного агентства протяженность автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием в РФ к 2015 году составила 519 544,4 км [1]. При этом достаточно большой процент не отвечает нормативным требованиям, что касается автомобильных дорог, относящихся к Тюменской области, здесь не отвечают нормативным требованиям 43,9 % дорог, в ХМАО — 18,6 %, в ЯНАО — 14,5 %. Данную статистику наглядно можно увидеть на рисунке 1.

Рис. 1. Протяженность автомобильных дорог

На сегодняшний день перед дорожниками стоят задачи по внедрению эффективных технологий строительства и реконструкции автомобильных дорог. Создаются стратегии и программы модернизации, но ни в одном документе планирования строительства дорог не говорится о внедрении новых технических решений. Предлагаются способы улучшения асфальтобетона, который является, в основном, не жестким покрытием с низкой морозостойкостью, плохо реагирует на жару, подвержен колееобразованию, работает всего в течении 2–5 лет, особенно в условиях нарастания максимальных нагрузок на дорожное полотно и фактически дороги подлежат ремонту уже через 3–4 года. В тоже время из-за нестабильного положения в экономике, цена на битум растет вместе с ценой на нефть, одновременно растут и бюджеты на строительство. Поэтому проблема качества дорожного покрытия существует и требует решения. Одним из путей решения проблем качества в дорожном строительстве является повышение долговечности дорожных одежд путём расширения применения цементобетона [2].

Стоимость конструкций с покрытиями из цементобетона в настоящее время сопоставима со стоимостью конструкций с асфальтобетонными покрытиями. Расчет стоимости был произведен с использованием данных стоимость 1кв.м покрытия автомобильной дороги 1 технической категории (МКАД — Кашира) [3]. Расчетные данные представлены в таблице 1.

Сравнительная стоимость 1 кв.м конструкции дорожной одежды

Жесткая дорожная одежда

Стоимость с НДС, руб.

Нежесткая дорожная одежда

Стоимость с НДС, руб.

Мелкозернистый асфальтобетон на ПБВ, тип А, марка 1–5см

Крупнозернистый асфальтобетон марка 1–7см

Пористый асфальтобетон марка 1–8см

Тощий бетон — 18см

Тощий бетон — 25см

Технологический слой из щебня М: 600–15см

Технологический слой из щебня М: 600–15см

Морозозащитный слой — 50см

Морозозащитный слой — 50см

Итого стоимость 1кв.м конструкции защитной одежды

Итого стоимость 1кв.м конструкции защитной одежды

Так, стоимость 1 кв.м покрытия автомобильной дороги 1 технической категории (МКАД — Кашира) с цементобетонным покрытием составляет 1352,13 руб., а с асфальтобетонным покрытием — 1378,70 руб. При этом сроки службы цементобетонных покрытий в несколько раз выше, такие покрытия первые 10 -12 лет эксплуатации практически не требуют никакого ремонта, затраты на обслуживание цеметобетонных дорог значительно меньше затрат на асфальтобетонных. Высокая долговечность бетона позволяет сократить расходы на содержание и ремонт до минимума. Применяя цементобетон на современном уровне, с использованием специальных добавок, регулирующих сроки схватывания, прочность, морозостойкость, инновационных методов укладки и ухода за бетоном, с реализацией новых конструкции дорожных одежд, отвечающих современным методам можно добиться повышения качества дорожного покрытия и увеличения показателей надежности и долговечности автомобильных дорог. Помимо прямых экономических выгод от строительства, данное покрытие обеспечивает такие технико-экономические преимущества при эксплуатации дороги как:

— Высокая прочность цементобетона и общая жесткость дорожных одежд с цементобетонными покрытиями, способными выдерживать нагрузки, намного превышающие проектные для асфальтобетона, при одинаковых условиях и требованиях;

— Больший срок службы цементобетонного покрытия (по данным многочисленных исследований отечественной и зарубежной практики в 1,5–2 раза больше, чем у асфальтобетонного);

— Рост прочности цементобетона во времени, что способствует поддержанию его высоких транспортно-эксплуатационных качеств без значительных ремонтов на длительные сроки, снижая, тем самым затраты на его эксплуатацию;

— Способность цементобетонной дорожной одежды существенно облегчать работу земляного полотна при проезде тяжелых транспортных средств, когда за счет жестких плит цементобетона нагрузка распределяется равномерно, тем самым значительно снижая ее воздействие на подстилающие грунты дорожной конструкции; отсюда и долговечность конструкции в целом;

— Стабильно высокие деформативные свойства цементобетонного покрытия при постоянных знакопеременных температурных воздействиях, что для климатических условий России особенно характерно, так как оно, в отличии от асфальтобетонного, не так восприимчиво в силу своих заданных свойств;

— Стабильность коэффициента сцепления покрытия с колесами автомобилей в силу природных свойств материалов, из которых он состоит, слабая его зависимость от степени увлажнения покрытия;

— Хорошая видимость покрытия в темное время суток [4].

Всё это приобретает особое значение в контексте транспортных проблем России. Но, как и любая технология, применение цементобетона для строительства дорожных покрытий имеет свои недостатки, такие как трудность ремонта, невозможность открывать движения сразу после устройства покрытия и наиболее уязвимое место бетонных покрытий — это поперечные швы. Современные технологии позволяют устранить большинство слабых мест цементобетона. Полная автоматизация основных процессов по укладке и уплотнению бетонных смесей, отделки поверхности бетона, устройству температурных швов и уходу за бетоном в период набора прочности. Это позволяет резко повысить эффективность строительных работ: улучшить ровность, увеличить производительность укладки, снизить стоимость и трудоемкость работ, увеличить срок службы дорожных одежд. Бетоноукладчики со скользящими формами за один проход машины выполняют весь комплекс работ по устройству высокопрочных покрытий. Непрерывно армированные цементобетонные покрытия привели к избавлению от температурных швов сжатия и растяжения, благодаря наличию арматуры в них образуются поперечные трещины с шагом 1,5–3,0 м и раскрытием их на поверхности до 0,2–0,4 мм. Незначительное раскрытие трещины обеспечивает передачу поперечной силы между плитами и гарантированно защищает арматуру от проникновения воды, так как на уровне арматуры трещины не раскрываются.

В России строительство и реконструкцию дорог с покрытием из цементобетона можно осуществлять исключительно за счет отечественных материалов, способствуя увеличению объемов выпуска цемента и других необходимых строительных материалов, а также увеличив число рабочих мест. Сейчас уровень производства материалов достаточен для удовлетворения всех потребностей дорожного хозяйства. По данным НИЦ «Строительство» в России производится около 70 млн. т. цемента в год. В 2013 году введен в действие ГОСТ Р 55224–2012 «Цементы для транспортного строительства».

Таким образом, достижения в области применения цементобетона в дорожном строительстве обеспечивают его высокую эффективность, при одновременном увеличении срока службы. Цементобетонные дорожные покрытия имеют высокую распределяющую способность, незначительный износ при истирании, высокий, мало зависящий от увлажнения коэффициент сцепления. Прочностные и деформативные характеристики цементобетона практически не меняются при изменении температуры, влажности и скорости нагружения. Для производства портландцемента имеются большие сырьевые ресурсы. Всё это способствует повышению показателей качества дорожного покрытия и качества автомобильных дорог в целом.

1. Статистическая отчетность: [Электронный ресурс] // Министерство транспорта Российской Федерации. Федеральное дорожное агентство. URL: http://rosavtodor.ru/documents/stat-otchet/. (Дата обращения: 11.09.2015).

2. Коровяков, В. Ф. Предпосылки для развития строительства дорог с применением цементных бетонов / В. Ф. Коровяков // Технологии бетонов. -2014. — № 3. — С. 25–29

3. Ушаков, В. В. Магистралям России — долговечные покрытия / В. В. Ушаков // Дороги Евразии. -2014. — № 1. — С. 23–25.

Дорожный бетон и его особенности

Дорожный бетон служит для укладки полотна автомобильных дорог и аэродромных покрытий. Он выделяется в отдельную группу бетонов. При эксплуатации материал подвергается различным разрушающим факторам: действию большегрузов, резким перепадам температур, атмосферным осадкам.

  • Требования, предъявляемые к дорожному бетону
  • Состав дорожного бетона
  • Классификация дорожного бетона по назначению
  • Марки дорожных бетонов
  • Сфера применения дорожного бетона
  • Заключение

Производство, контроль качества и свойства дорожного бетона регламентирует ГОСТ 26633-2012.

Требования, предъявляемые к дорожному бетону

Часто дорожное покрытие находится в экстремальных условиях эксплуатации, поэтому к дорожному бетону предъявляются особые требования:

  • Прочность на сжатие при растяжении и изгибе. По автомагистралям постоянно передвигаются фуры и грузовые машины, дорожное покрытие не должно разрушаться под их массой.
  • Истираемость. При непрерывном потоке автомобилей покрытие дороги постепенно теряет свою толщину. Истираемость сильно влияет на срок службы дорожного полотна: чем она выше, тем менее долговечным будет покрытие.
  • Водостойкость. Прочность бетона может падать из-за эффекта Ребиндера. Вода проникает даже в небольшие микротрещины, при замерзании она расширяется, увеличивая тем самым трещины.
  • Высокая морозостойкость. Зимой почти на всей территории России температуры отрицательные, однако дорожное покрытие не должно таять вместе со снегом.
  • Устойчивость к агрессивным химическим средам. Дороги во время гололеда посыпают реагентами, поэтому покрытия не должны разрушаться под их воздействием.

Состав дорожного бетона

В качестве строительного бетона часто используют фибробетон. Бетоны для дорожных и аэродромных покрытий относятся к тяжелым бетонам, их плотность равна 1800-2500 кг/м 3 , содержание вяжущих веществ в таких них понижено, поэтому они называются тощими.

Нужные для получения дорожного бетона вещества: вода, вяжущее вещество, мелкий и крупный заполнитель. В роли мелкого заполнителя выступает песок, а в качестве крупного обычно используют базальтовый, реже известняковый гравий или щебень.

Вяжущим веществом служит гидрофобный и пластифицированный портландцемент. Содержание С3А (трехкальциевого алюмината) в бетоне дорожном согласно ГОСТ должно быть менее 10%.

Существует специальный дорожный портландцемент, бывает он двух марок: М300 и М400, обладает повышенной морозостойкостью, деформативностью, прочностью при изгибе, стойкостью к ударной нагрузке, низкими показателями по усадке и истираемости.

По стандартам дорожный бетон для магистралей должен иметь морозостойкость F150, а для дорог в пределах города – F100. Различные модификационные добавки обеспечивают требуемое значение морозостойкости.

Гравий и щебень могут быть разных фракций. Для верхнего слоя многослойной конструкции используется щебень или гравий с диаметром 20 мм, для однослойных же покрытий – 40 мм. Марка крупного заполнителя не должна быть меньше указанных в таблице значений.

Песок тоже может быть разный. Обычно используется мелкий или средний зернистый песок. Для ускорения твердения в бетон добавляют химические добавки – пластификаторы, количество добавок должно быть менее 60 г/кг цемента.

Классификация дорожного бетона по назначению

Виды дорожного бетона по назначению:

  • Однослойные дорожные покрытия, верхние слои двухслойных и многослойных дорожных пирогов. Водоцементное отношение в таких бетонах менее 1:2.
  • Нижний слой в двухслойных покрытиях. В этом случае отношение воды к цементу в бетонной смеси более 3:5.
  • Нижний слой дорожной одежды капитальных дорог. Отношение «вода-цемент» для бетонных смесей, используемых для основания капитальных дорог, не нормируется.

Марки дорожных бетонов

Характеризуются дорожные и аэродромные бетоны классом по прочности на сжатие, обозначается он буквой B. Число рядом с буквой показывает, какую нагрузку в МПА материал способен выдерживать, не разрушаясь. Также характеризует свойства бетона марка (M), цифры, стоящие рядом с буквой означают предел прочности при сжатии в кгс/м 2 .

Чаще всего для устройства дорог пользуются бетоном В20 М250 и дорожным бетоном В15 М200. При изготовлении бетонных плит для строительства аэродромных покрытий, виадуков и мостов используют дорожный бетон марки В30 М400, который наделен большой прочностью, морозостойкостью, долговечностью и износостойкостью.

Сфера применения дорожного бетона

Дорожный бетон применяется при строительстве городских дорог и автомагистралей, возведении дорог на аэродромах, для устройства тротуаров и пешеходных дорожек, подъездных путей к производственным участкам и прочим промышленным объектам.

Заключение

Бетон для дорожных покрытий должен соответствовать всем требованиям, нормам и стандартам. В разных случаях оптимальные свойства и технические характеристики бетона будут разными, поэтому марка и состав бетонных смесей подбираются индивидуально. Все работы по укладке дорожного покрытия следует проводить, строго соблюдая технологию.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×