Применение новых технологий для жестких покрытий

Разработанные в последние годы новые технологии бетона медленно внедряются в практику строительства дорожных и аэродромных покрытий. Замедленное внедрение отчасти объясняется инерционностью дорожников, а в значительной мере — объективными причинами.

Одной из самых революционных технологий является появление самоуплотняющегося бетона (self-consolidating concrete — SCC). Как известно, самоуплотняющаяся бетонная смесь не требует вибрационного воздействия: из ее пор воздух вытесняется за счет собственного веса. Это достигается увеличенным содержанием мелких частиц (включая очень мелкие — до 50 нм) и введением суперпластификаторов.

Интенсивное вибрационное воздействие при уплотнении традиционных смесей приводит к сегрегации частиц по размеру а также к удалению большой части воздушных пузырьков, вовлеченных в смесь специальной добавкой для повышения ее морозостойкости. Устранение необходимости в вибрации смеси сулит много преимуществ.

Однако на пути внедрения технологии SCC имеется препятствие, которое для дорожных и аэродромных покрытий пока не преодолено: невозможность применять современные высокопроизводительные укладчики бетона в скользящей опалубке. Действительно, для самоуплотнения смесь должна быть пластичной, но для того, чтобы «держать вертикальный борт» высотой 20 – 30 см после продвижения вперед скользящей опалубки, эта пластичная смесь должна одновременно обладать достаточным сопротивлением сдвигу.

Покрытие контейнерного терминала в Бостонском порту из укатываемого цементобетона после 25 лет службы

Национальный центр технологии дорожного цементобетона при университете штата Айова взялся в 2005 – 2006 гг за разработку состава смеси, удовлетворяющей этим противоречивым требованиям. Напомним, что именно дорожниками штата Айова свыше 60 лет назад были предложены укладчики со скользящей опалубкой. Однако после успеха на первом этапе лабораторных испытаний пока, к сожалению, существенного прогресса не достигнуто. Свою «нишу» нашла технология укатываемого цементобетона (roller — compacted concrete — RCC), принципиально отличающаяся от SCC и предложенная примерно одновременно (в середине — конце 1980х).

Смесь для укатываемого цементобетона содержит пониженное количество воды и цементного теста и повышенное количество мелких частиц. Ее типичный состав по объему (в скобке указаны для сравнения показатели для традиционного дорожного цементобетона): цементирующие материалы — 9 % (10 %), вода –10 % (15 %), мелкозернистый каменным материал — 34 % (23 %), крупнозернистый каменный материал — 44 % (46 %), воздух — 3 % (6 %), всего 100 % (100 %); объем цементного теста, включая воздух, — 22 % (31 %), В / Ц=0,35 (0,48), доля мелкозернистой части каменного материала — 0,44 (0,33). Укатываемая смесь — очень жесткая (осадка конуса — нулевая).

После уплотнения виброкатком с массой, как минимум 10 т, она приобретает повышенную прочность в связи с малым содержанием воды и низкой пористостью. Консистенция уплотняемой смеси должна быть достаточно жесткой, чтобы в нее не проваливался каток, но и достаточно пластичной для ее уплотнения. По данным Ассоциации портландцемента, в зависимости от содержания цементирующих материалов (обычно — портландцемент I или II типа и зола уноса) на 28 сутки достигается прочность при сжатии 21 – 65 МПа и при изгибе 3,4 – 7 МПа. В некоторых штатах, например, в Теннеси, для повышения прочности при изгибе в смесь вводят 0,5 – 1 кг / куб. м коротких синтетических волокон.

Воздухововлекающие добавки зачастую не вводят, но тем не менее укатываемый бетон оказывается устойчивым к замораживанию и оттаиванию. Работая с укатываемой смесью, трудно достигнуть такой же высокой ровности покрытия, как с уплотняемой вибрацией традиционной пластичной смесью.

Однако укатываемые смеси получили довольно широкое применение там, где требование к ровности является второстепенным, а на первый план выходят прочность и долговечность: при строительстве дамб и плотин; покрытий лесных дорог и площадок для переработки дерева; дорожных покрытий контейнерных терминалов в крупных портах (Лос-Анджелес, Норфолк, Бостон, рис. 18); на дорогах промышленных предприятий и паркингах для тяжелых автомобилей; на железнодорожных контейнерных терминалах (Денвер, Колорадо; Калгари, Канада).

Внедрению укатываемого цементобетона способствовала его небольшая стоимость и простота подбора состава смеси и технологии укладки и уплотнения, сходной с технологией асфальтобетона. Высокофункциональные бетоны (High Performance Concrete — HPC), обладающие удобоукладываемостью, высокой прочностью и высокой долговечностью, пока не получили широкого применения в строительстве дорожных покрытий. Имеются лишь примеры успешного их применения при ремонте плиты проезжей части мостов, дорожных покрытий и аэродромов в тех случаях, когда особенно важна оперативность проведения ремонта.

Для приготовления такого бетона обычно используют весьма дорогой цемент III типа (быстротвердеющий) в количестве 350 – 590 кг / куб. м, до 30 % цемента разрешается заменять молотым гранулированным доменным шлаком. Отношение В / Ц=0,30 – 0,45, и добавляют суперпластификатор. Минимальная требуемая прочность при сжатии через сутки обычно составляет 17 – 24 МПа. В Калифорнии для ограничения перерывов в движении при ремонте дорог и мостов требуют применять бетоны с прочностью на изгиб не менее 2,8 МПа спустя 4 часа после укладки.

В качестве примера можно привести реконструкцию фривея I-75 в шт. Джорджия вблизи г. Атланта в 2008 г. На внутренней и на центральной полосах проезжей части верхние слои общей толщиной 30 см старой дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием были удалены и заменены на цементный бетон. Проблема состояла в необходимости обеспечить проезд в дневное время, включая отремонтированные участки: интенсивность движения на фривее в среднем составляет 235 тыс. авт. / сутки. Работу выполняли по субботам и воскресеньям.

В пятницу ночью начинали убирать старые слои, в 4 ч. утра в субботу начинали укладку бетонной смеси и заканчивали ее в ночь с субботы на воскресенье (рис. 19). За это время успевали уложить и уплотнить 900 – 1200 погонных метров покрытия. В воскресенье утром нарезали «ложные» швы через 4,5 м, очищали покрытие и ухаживали за бетоном. В 4 ч. утра понедельника открывали проезд. За сутки твердения бетон достигал прочности при сжатии не менее 17 МПа.

Замена старой дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на цементобетон на межштатной дороге I-75 вблизи г. Атланта

Общее протяжение участка — 14,5 км, стоимость работ — 81 млн долл. В 2005 г. был утвержден 10-летний план исследований, направленных на совершенствование цементобетонных покрытий -The CP Road Map [26] с большим объемом финансирования — 250 млн долл. Основными координаторами работ являются Национальный центр технологии дорожного цементобетона при университете штата Айова, Американская ассоциация цементобетонных покрытий и Федеральная дорожная администрация.

Рассматривая результаты, полученные за 6 лет, можно видеть, что основные усилия направлены на уменьшение уровня шума при движении по бетонным покрытиям, повышение их шероховатости, методы неразрушающего контроля качества, вопросы охраны окружающей среды и повторного использования жестких покрытий, а также — на методы проектирования состава смеси в зависимости от условий эксплуатации покрытий.

Эти вопросы, хотя и представляют интерес, но не являются коренными в отрасли. Уровень решаемых задач, на наш взгляд, не соответствует намеченным затратам. Не предусмотрены ни внедрение известных в бетоноведении прогрессивных технологий, ни разработка новых технологий строительства цементобетонных покрытий, ни разработка новых конструкций или методов их расчета.

Многолетняя конкуренция между асфальтобетоном и цементобетоном как материалами дорожного покрытия, конечно, способствовала развитию технологии дорожного строительства. Однако, по мнению автора, пришла пора объединить положительные качества этих материалов в одной конструкции дорожной одежды.

В конструкциях из каталога штата Калифорния присутствуют как цементобетон, так и асфальтобетон, но их сочетание не выглядит рациональным. Львиная доля изгибающего момента от внешней нагрузки приходится на цементобетонное покрытие, способность которого работать на растяжение не является его сильным качеством.

Слой толщиной 15 см из асфальтобетона — комфортного для проезда автомобилей и удобного для ремонта покрытия материала — «зарыт» в основание. Конечно, приятно укладывать цементобетонную смесь по асфальтобетонному основанию, но подобное сочетание слоев не кажется нам рациональным в условиях, когда 15 см асфальтобетона вполне могли бы пригодиться в качестве дорожного покрытия другой дорожной одежды.

Автор записи: Admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *