Общие требования к бетонам дорожных покрытий и цементный бетон для дорожных покрытий

Строительство автомобильных дорог для всех стран, особенно для России, является одним из важных направлений в строительной индустрии. Дорожные бетоны работают в сложных природных условиях и при интенсивном воздействии транспорта.

В процессе эксплуатации дороги подвергаются активному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию, пропитке различными солевыми растворами, переменным циклическим механическим нагрузкам и т. д. В дорожных одеждах выделяют в основном 2 слоя: покрытие – верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая воздействия транспорта и окружающей среды, а также подстилающие слои.

По условиям твердения дорожные бетоны разделяют на бетоны, получаемые в заводских условиях при тепловой обработке и твердеющие в естественных, непосредственно в полевых условиях. Цементные дорожные бетоны классифицируют по виду пористости, по физико-механическим свойствам и по назначению.

На современных грузонапряженных магистралях во всем мире активно внедряются цементно-бетонные покрытия. Такие покрытия, в сравнении с асфальтобетонными, отличаются высокой надежностью и долговечностью. Бетонные покрытия могут эксплуатироваться 50 и более лет, в то же время долговечность асфальтобетона согласно ГОСТ 9128-1997 не более 7 лет, а зачастую и намного меньше. Следует отметить также, что автомобили во время движения по цементобетонному покрытию со скоростью 90–100 км/час расходуют на 5–10 % меньше топлива, чем при движении по асфальтобетонному.

Для возведения дорожных покрытий из цементных бетонов с повышенной прочностью, деформативностью и морозостойкостью необходима реализация комплекса технических решений: выбор исходных материалов, соответствующих ГОСТ (цемента, песка, щебня оптимального состава, комплексных добавок), а также проектирование и разработка составов, применение эффективных технологий перемешивания и укладки бетонной смеси, а так же ухода за бетоном.

Все дорожные покрытия разделяют на жесткие, проявляющие значительное сопротивление при изгибе (бетоны на основе цемента), и нежесткие, полученные на органических вяжущих. В конце XX века в развитых странах при выполнении дорожных одежд используют специальные цементные бетоны, долговечность которых может составлять от 50 до 100 лет.

Минимальная толщина бетонного покрытия задается в зависимости от интенсивности движения, и нагрузка рассчитывается в зависимости от количества движущихся единиц транспорта в течение суток (ед./сут.) на полосу и принимается 1000–2000 ед./сут. – в этом случае толщина покрытия должна быть 20 см; при нагрузке 100–1000 ед./сут. – 16 см; и при нагрузке менее 100 ед./сут. – 15 см.

В покрытиях устраивают продольные и поперечные швы, разделяющие их на плиты определенной длины и ширины. Ширину плиты обычно делают равной ширине полосы движения, длину определяют расчетом по величине температурных напряжений.

Продольный шов устраивают при ширине покрытия более 4,5 м, чтобы предупредить появление продольных трещин, образующихся от переменённого воздействия транспортных средств и осадки земного полотна. К поперечным относят швы, защищающие от появления трещин в бетоне при пучении и осадке земного полотна. К поперечным трещинам относят швы расширения, сжатия, коробления и рабочие швы.

Швы расширения также повышают продольную устойчивость бетонного покрытия при максимальном нагреве летом.

Швы сжатия устраивают между швами расширения, чтобы предупредить появление трещин, возникающих в бетоне вследствие изменения температуры, усадки бетона и неоднородных деформаций земляного полотна.

Швы коробления повышают продольную устойчивость покрытия, уменьшают температурные напряжения, повышают трещиностойкость и транспортно-эксплуатационные качества покрытия. Рабочие швы устраивают в конце рабочей смены или при перерыве бетонирования более чем на 3 часа.

При проектировании и строительстве монолитных бетонных покрытий расстояние между швами расширения назначают с учетом температуры воздуха во время бетонирования и толщины плиты.

Бетон в дорожных покрытиях подвергается воздействию многократно повторяющихся статических и динамических нагрузок от проходящих транспортных средств, зачастую эти нагрузки действуют комплексно, например, увлажнение – высушивание, нагревание – охлаждение, замораживание – оттаивание с одновременным действием солей при гололедице. Исследованиями установлено, что основным показателем механических свойств дорожных бетонов является прочность на растяжение при изгибе.

При исследовании верхнего слоя покрытия и монолитного однослойного необходимо использовать бетон с максимальной прочностью на растяжение при изгибе с Вtb 4.0 и выше.

Разработана технология высокопрочных дорожных цементных бетонов с прочностью на растяжение при изгибе 6 МПа и более (Вtb 5.6 и выше). Накоплен положительный опыт применения таких бетонов в аэродромных покрытиях, где они позволяют уменьшить его толщину и, соответственно, материалоёмкость и стоимость, повысить темпы строительства.

Существенное влияние на сопротивление бетона растяжению и изгибу оказывает вид заполнителя и характер его поверхности. Прочность повышается при применении чистых заполнителей с угловатыми и шероховатыми зернами. Прочность при изгибе бетона на щебне увеличивается на 15–20 % в сравнении с бетоном на гравии. Она увеличивается также при применении достаточно прочных пористых заполнителей, что объясняется их хорошим сцеплением с цементным камнем.

Значительный эффект увеличения прочности бетона на изгиб достигается применением полимерных добавок.

Интересно
По данным НИИЖБ, для бетонов высоких марок примерно 40 % общей пористости формируется за счет адгезионного сцепления растворного камня со щебнем и 20 % – за счет механического сцепления гидросиликатных фаз растворного камня и сцепления гидросиликатов с микрорельефом поверхности заполнителя. Для бетонов низких классов прочность обеспечивается растворной смесью. Почти полное сцепление с растворным камнем достигается при использовании пористых легких заполнителей. К мероприятиям, радикально влияющим на прочность бетона, относятся: хорошее перемешивание бетонных смесей, увеличение их плотности, снижение водоотделения.

Величина прочности сцепления цементного камня с заполнителем уменьшается с увеличением размеров заполнителя, что объясняется повышением усадки, процессами водоотделения и контракции бетонной смеси. Лучшие результаты дают жесткие, смеси без водоотделения.

На прочность бетона оказывает значительное влияние шероховатая поверхность заполнителя. При максимально замкнутом рельефе поверхности заполнителя прочность бетона может увеличиваться в 4 раза по сравнению с гладким заполнителем.

Сцепление цементного камня с заполнителем существенно снижается в присутствии глинистых минералов и гидроксидов железа. Присутствие этих минералов в тонких слоях на заполнителе приводит к увеличению водопотребности бетонной смеси и снижает прочность более чем на 20 %.

Соотношение прочности бетона при сжатии и растяжении является показателем однородности структуры бетона. Оно уменьшается для мелкозернистых бетонов нормального твердения, в особенности изготовленных на прочном известковом и шлаковом щебне и песке. Этот показатель хорошо коррелирует с показателем выносливости, морозостойкости и трещиностойкости бетона.

Важным показателем качества дорожного бетона является износостойкость, которая зависит от структуры и состава верхнего слоя дорожного покрытия.

Износом называют свойства материалов сопротивляться абразивным воздействиям во вращающемся барабане. Износостойкость снижается при твердении бетона в условиях низких температур и недостаточной влажности среды. Цементный камень в большей степени изнашивается, чем заполнители. В результате в дорожных бетонах могут обнажаться поверхности заполнителей, и в этом случае важно выбрать правильно вид и состав заполнителей. Для уменьшения износа покрытий нужно уменьшать В/Ц, повышать прочность цементного камня, уменьшать его содержание и использовать заполнители с меньшей крупностью.

Выносливость – способность сохранять прочность при многократно повторяющейся нагрузке до достижения усталости и разрушения.

Морозостойкость дорожного бетона обеспечивается применением требуемых исходных материалов, воздухововлекающих добавок и пластификаторов, а также правильным назначением состава бетонной смеси с необходимыми ограничениями по расходу воды, водоцементному отношению, достаточному уплотнению бетонной смеси и правильному уходу за твердеющим бетоном.

В соответствии с ГОСТ 26633-2015 объем вовлеченного воздуха рекомендуется вводить для верхнего покрытия 5–6 % от массы бетона, обязательным считается применение пластификаторов, а лучше применять современные эффективные суперпластификаторы.

Дорожные цементные бетоны с требуемыми эксплуатационными свойствами и долговечностью изготавливают на соответствующих цементах, заполнителях и с применением специальных добавок.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)