Особенности строительства покрытий с применением минеральных вяжущих

Более 2 тысяч лет назад в Римской империи были построены первые дороги с покрытиями на основе минеральных вяжущих, частично сохранившиеся до наших дней. Каждый слой этой дорожной одежды выполнялся из каменных материалов различной крупности, убывающей от нижнего к верхнему слою, скрепленных минеральным вяжущим - известковым или известково-пуццолановым. Верхний слой римской дороги представлял собой жесткое бетонное покрытие, компонентами которого являлись щебень, гравий, песок и вяжущее - смесь извести и пуццоланы.

Первые покрытия из бетона на портландцементе были построены в Англии (г. Эдинбург) в 1866 г. В США первая дорога с бетонным покрытием была построена в Bellefontaine позднее на 25 лет (1891 г.). Массовое строительство таких дорог началось именно в этой стране. К 1912 г. в США имелось 400 км дорог с бетонным покрытием; к 1913 г. эта цифра удвоилась. В 1914 г. уже насчитывалось около 3 тыс. км, а в 1951 г. - 140 тыс. км.

В нашей стране первые участки бетонных покрытий были построены в 1913 г. на улицах Петербурга. В довоенный период (до 1941 г.) в России бетонные покрытия строили в опытном порядке - в небольшом объеме и с применением зарубежных бетоноукладочных машин. Широкое строительство бетонных дорог развернулось в начале 50-х гг. XX столетия с применением первого отечественного комплекта бетоноукладочных машин Д-181, Д-182, Д-195 на рельсовом ходу.

В 70-е гг. в России началось строительство цементобетонных дорожных покрытий с применением машин со скользящей опалубкой на гусеничном ходу. Были закуплены в США бетоноукладочные комплекты высокопроизводительных машин «Автогрейд», которые послужили основой для выпуска отечественных комплектов машин под маркой ДС-100, ДС-110.

В настоящее время в России эксплуатируется более 9 тыс. км автомобильных дорог с цементобетонным покрытием, таких как Москва-Волгоград, Екатеринбург-Челябинск, МКАД, МКАД-Серпухов-Тула, Екатеринбург-Серов, Омск-Новосибирск, МКАД-Кашира, обход г. Коломны и многие другие.

Стабильные транспортно-эксплуатационные показатели и высокая долговечность дают им преимущества перед покрытиями других типов.

Цементобетонные покрытия имеют высокую распределяющую способность и малую величину вертикальных упругих перемещений под нагрузкой автомобилей, незначительный износ вследствие истирания, высокий, малозависящий от увлажнения покрытия, коэффициент сцепления.

Прочностные и деформативные характеристики цементобетона практически не меняются в реально наблюдаемых диапазонах изменения температуры, влажности и скорости нагружения. Его прочность возрастает в течение всего срока службы дорожной одежды, что служит дополнительным резервом долговечности.

Благодаря светлому цвету поверхности цементобетонных покрытий для их освещения требуется на 20 % меньше энергии. На таких покрытиях автомобили расходуют примерно на 5-10 % меньше топлива, чем на асфальтобетонных. Для производства минерального вяжущего (портландцемента) имеются значительно большие сырьевые ресурсы, чем для производства битума. Цементобетонные покрытия устраивают непосредственно на месте строительства из свежеприготовленного бетона по конструктивным слоям.

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, повысить его работоспособность. В мировой практике используют в основном две технологии строительства цементобетонных покрытий и оснований: в скользящей опалубке и в рельс-формах.

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, смонтированным на бетоноотделочной машине. Качество герметизации деформационных швов определяет долговечность цементобетонных покрытий. Для герметизации всех видов швов используют герметики холодного и горячего применения.

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

В последние годы наблюдается тенденция создания дорожных бетонов повышенной прочности и долговечности. Это достигается путем модификации структуры бетона химическими добавками: пластифицирующими, воздухововлекающими и газообразующими. Направленная модификация структуры дорожного бетона позволяет создавать бетоны высокой прочности и морозостойкости при низком водоцементном отношении. Весьма перспективным является применение для строительства дорожных одежд бетонов высокой эксплуатационной надёжности (НРС - High Performance Concrete), имеющих прочность на растяжение при изгибе более 7 МПа и прочность при сжатии 80 МПа и более.

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.

Дальнейшее совершенствование технологии строительства и расширение области применения цементобетонных покрытий идет по пути отказа от часто расположенных поперечных швов и повышения стойкости бетона к эксплуатационным воздействиям. Успешно решить проблему обеспечения высокой морозостойкости дорожного бетона позволяют определенные требования к цементобетону и технологии строительных работ (табл. 17.1).