Актуальность и перспективы применения цементобетона в дорожном строительстве

Оборудование оснащено системой мониторинга рабочего процесса (рис.5). При производстве работ контролируют скорость прохождения смесителя, расход вяжущего. Также проводят испытания образцов из выбуренных кернов (рис.6,7).

Литература

1. СН 25-74 Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими матери-

алами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. М., Митрансстрой, СоюзДорНИИ, 1974 г.

2. Методические рекомендации по строительству оснований дорожных одежд с использованием связных грунтов, укрепленных минеральными или органическими вяжущими с добавками ПАВ и промышленных отходов.. СоюзДорНИИ. М., 1985 г.

М.Я. Якобсон, к.т.н. НИИЖБ им. А.А.Гвоздева А.А. Кузнецова, инж, НИИЖБ им. А.А.Гвоздева А.С. Введенская, инж., НИИЖБ им. А.А.Гвоздева А.В. Бычков, к.т.н., ГК «Полипласт»

АКТУАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕМЕНТОБЕТОНА В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Модернизация экономики России невозможна без развития инфраструктуры и, главным образом, развития транспортной системы страны. Развитию строительства автомобильных и железных дорог России и строительства искусственных сооружений - путепроводов, мостов, тоннелей в последнее время уделяется немалое внимание.

Ключевые слова: цементобетон, строительство.

Modernization of economy of Russia is impossible without development of infrastructure and, mainly, development of a transport system of country. To development of building of motor-car and ferrous roads of Russia and building of artificial buildings - overpasses, bridges, tunnels considerable attention is lately spared.

Keywords: cementobeton, building.

В тоже время можно отметить, ация с обеспечением нормативных что в России в силу ряда причин сроков службы дорожных одежд. По сложилась неблагоприятная ситу- данным Росавтодора только 52,8%

федеральных дорог отвечают нормативным требованиям. При этом 23,6% дорог работают в режиме перегрузки.

Фактический межремонтный срок службы дорог даже федеральной дорожной сети составляет 3-4 года, и в последнее время имеется тенденция к его снижению.

Колейность асфальтобетонных покрытий, трещины и неровности на дорогах свидетельствуют об исчерпании несущей способности дорожных одежд. Постоянно растут объемы «недоремонта» дорог с асфальтобетонным покрытием. При общей протяженности дорог с твердым покрытием в России 624200 км объем ремонта в 2015 г. составил 9529.2 км.

Основные преимущества дорожных одежд с цементобетонными покрытиями заключаются в том, что при примерно одинаковой строительной стоимости, они обеспечивают значительно более долгий срок службы по сравнению с асфальтобетонными покрытиями, и при этом требуют значительно меньших затрат на ремонт и обеспечение перспективного увеличения грузоподъемности дорожной одежды в связи с увеличением массы транспортных средств и интенсивности движения.

Поэтому в случае расчета расходов с учетом эксплуатационных и операционных социально-экономических потерь пользователей стоимость дороги с цементобетонным покрыти-

ем может быть ниже на 15-25% стоимости дороги с асфальтобетонным покрытием.

Мировая практика показывает, что удельный вес автомобильных дорог с цементобетонным покрытием в развитых странах составляет не менее 30% от общего объема дорог: в ФРГ - 31%, в США - 35%, в Бельгии - 41%. В США, Канаде, Аргентине, Нидерландах, Великобритании на основе технико-экономического обоснования и сравнения вариантов с учетом затрат на эксплуатацию при строительстве грузонаряженных и скоростных магистралей, как правило, выбирают именно цементобетон. Опыт Германии показывает, что после 28 лет эксплуатации в ремонте нуждаются только 5% бетонных покрытий и 100% асфальтобетонных [1].

На магистральных автомобильных дорогах России преобладают нежесткие дорожные одежды с асфальтобетонными покрытиями (97%) и только 3% дорог с усовершенствованными покрытиями имеют цемен-тобетонные покрытия.

По мнению С.М. Коганзона, А.М. Шейнина, С.В. Эккеля и других специалистов [2,4,5,6,7] при назначении типа покрытия практически игнорируются следующие преимущества цементобетонных покрытий:

• существенно большая прочность цементобетона в сравнении с асфальтобетоном;

• стабильность деформативных свойств цементобетона при изменении температуры;

• рост прочности цементобетона во времени при благоприятных условиях эксплуатации;

• доступность оборудования для скоростного строительства бетонных покрытий с высокими показателями ровности;

• более светлое покрытие обеспечивает большую безопасность в темное время суток и меньшую потребность в освещении;

• высокая износостойкость, морозостойкость дорожного бетона;

• срок службы покрытий до капитального ремонта при высоком качестве строительства и нормальной эксплуатации может достигать 50 лет;

• стабильность коэффициента сцепления покрытия с колесами автомобилей, слабая его зависимость от степени увлажнения.

К сожалению, в России после 1990г. практически не строили цементобе-тонные покрытия на автодорогах. В последнее время эксплуатацию был введен участок обхода города Новосибирск общей протяженностью 50 километров, выполненный из цементобетона; и в 2009-2012 годах цементобетон был использован при реконструкции участка автомагистрали М-4 «Дон».

В тоже время в гражданском и

промышленном строительстве в мире и в России произошло внедрение новых технологий цементобетона: появились бетоны, обладающие прочностью при сжатии 100 МПа и более, развиваются технологии самоуплотняющихся и самовыравнивающихся бетонных смесей, разработаны новые поколения бетонов с высокими эксплуатационными показателями: гарантированной морозостойкостью и коррозионной стойкостью. Получены бетоны с В/Ц менее 0,30, с прочностью на растяжение при изгибе более 8,0 МПа, с высокой морозостойкостью, трещиностойкостью. Параметрический ряд таких бетонов уже введен в нормативные документы, что открывает дорогу их широкого применения.

В соответствии с ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия» жестко заданы минимальное содержание цемента в бетоне для оснований - 150 кг/м3 и водоцементное отношение 0,45 - для верхнего слоя покрытия и 0,50 - для нижнего слоя покрытия, 0,90 - для оснований. За рубежом, в странах с большим опытом строительства и эксплуатации цементобетона в дорожном строительстве требования к составу бетона отличаются по регионам строительства. В перечне технических требований США в штате Калифорния жестко заданы суммарное содержание

в бетонной смеси цементирующих веществ (цемента и золы уноса) -390 кг/куб. м и водоцементное отношение 0,42. Для сравнения: в штате Вашингтон оговорено минимальное суммарное содержание в бетонной смеси цементирующих веществ (цемента, золы уноса, молотого гранулированного шлака) 335 кг/ м3, причем собственно на цемент должно приходиться не менее 65% массы, а водоцементное отношение (вычисляемое по отношению к весу всех цементирующих материалов) должно быть не более 0,44 (Washington DOT, 2014). При сравнении с требованиями в странах Европы следует иметь в виду, что в большинстве европейских стран при вычислении водоце-ментного отношения дополнительные цементирующие материалы не учитываются [4].

В СП 34.13330.2012 определен класс прочности бетона покрытия не менее Btb 4,0 на растяжение при

G,

г/см2 и,й

О Н-1-1-1-1-1-

22,5 30 40 45 50 60

Рис. 1. Зависимость истираемости от прочности

изгибе и не менее В30 на сжатие. В таблице калифорнийских технических требований задана минимальная прочность бетона на растяжение при изгибе 4,3 МПа.

Введение в нормируемые характеристики дорожного бетона прочности бетона на сжатие связано с необходимости обеспечения износостойкости бетона. Использование бетонов высокой прочности обеспечивает снижение истираемости, уменьшения колееобра-зования и соответственно повышение межремонтных сроков (рис. 1).

В решении задач повышения срока службы дорожных одежд могут найти отражение новые типы цементобетона, например, цементобетон с пониженным модулем упругости в основаниях автомобильных дорог. Такие бетоны могут быть получены при использовании специальных демпфирующих и полимерных добавок.

Внедрение новых технологий строительства - ресайклинга и химических добавок-пластификаторов открывает новые перспективы для развития грунтобетонов [3]. Машины для ресайклинга были разработаны несколько лет назад путём соответствующей модернизации дорожных фрез и машин для стабилизации грунта. Может быть реализовано перемешивание грунта с цементом или

и __и "Г~>

цементной суспензией. В последнем случае возможно внедрение любого комплекса химических добавок при

Таблица 1

Ориентировочные составы грунтобетонных смесей

Грунты Ориентировочный расход минеральных вяжущих материалов, %

Портландцемент, шлакопортланд-цемент

Крупнообломочные несцементированные

Крупнообломочные несцементированные; грунтощебеночные смеси неоптимального состава; пески гравелистые, крупные, средние, мелкие

Крупнообломочные несцементированные; грунтогравийные и грунто-щебеночные смеси; пески крупные неоптимального состава с добавкой 15 - 20 % немолотого нефелинового или бокситового шлама 6-8

Пески средние и мелкие, в том числе однородные; супеси легкие крупные и пылеватые с числом пластичности не более 5 с добавкой 15-20 % молотого нефелинового или бокситового шлама 4-6

Супеси, близкие к оптимальному составу, легкие крупные, легкие и тяжелые пылеватые; суглинки 8-12

Пески и супеси с числом пластичности менее 3 с добавкой 15 - 25 % золы уноса или золошлаковой смеси 4-7

Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые 11-14

Глины песчанистые, пылеватые с числом пластичности не более 22 13-15

Золошлаковые смеси гидроудаления 5-7

Шлаки черной и цветной металлургии, фосфорные и др. 5-8

«Хвосты» - твердые отходы различных видов промышленности различного зернового состава 5-9

Примечания:

1. Над чертой - при устройстве верхнего слоя основания или покрытия, под чертой - нижнего слоя основания.

2. Для получения укрепленных материалов I класса прочности (4,0-6,0МПа) следует принимать максимальные дозировки вяжущих, III класса прочности (1,0-2,0 МПа) - минимальные.

приготовлении суспензии. Другим направление является производство грунтобетонной смеси при перемешивании в установке и последующим распределением. Применение современных химических добавок существенно расширяет границы видов грунтов для укрепления. Такие материалы могут с успехом применяться как в основаниях, так и в покрытиях (табл. 1).В строительстве цементобетонных покрытий и оснований могут быть с успехом использованы мелкие и очень мелкие пески в смеси с отсевами дробления. Введение отсевов дробления в мелкий заполнитель значительно повышают прочность и износостойкость бетона; при этом, бетоны с отсевами дробления могут иметь экономическое и экологическое преимущество за счет предоставления экономических преференций предприятиям, потребляющих отходы промышленности. Использование мелкозернистых и особомалоще-беночных бетонов (с расходом щебня до 600 кг/м3) особенно актуально для многих регионов России с дефицитом квалифицированного и крупного заполнителя. Эффективному развитию цементобетонных покрытий должна способствовать технология скоростного ремонта и усиления цементобетона с использованием новых материалов на фосфатной и цементополимерной основе, которые позволяют открывать движение через 45-60 мин.

Перспективным видом цементобетона, применяемым в слоях дорожной одежды, является дренирующий (крупнопористый) бетон. Применение комплекса современных химических и минеральных добавок и тщательный выбор материалов позволяет получить такие бетоны с прочностью более 30,0 МПа. Использование его в качестве верхнего или промежуточного слоя дорожной одежды полностью исключает эффект акваплани-рования, и, кроме того, способствует повышению срока службы всей конструкции за счет исключения накопления воды в слоях основания.

Для расширения масштабов применения перспективных конструкций цементобетонных (жестких) дорожных покрытий необходимо разработать новые методы расчета и конструирования дорожных одежд, в том числе на слабых основаниях, систему проектирования, ориентированную на эксплуатационные условия работы дорожной одежды. В соответствии с нормами проектирования стран, где успешно эксплуатируется цементобетон, покрытие должно быть отделено от основания, например асфальтобетонной подложкой - для обеспечения возможности горизонтального перемещения при изменении температуры и обеспечения гидроизоляции нижележащих слоев. Толщина плиты в Германии и США принимается большей на 10-15% по

сравнению с Российскими нормами проектирования. Кроме того, толщина плиты покрытия существенно зависит от района строительства [4]. Нет анализа существующего.В настоящее время за рубежом также распространяются двухслойные цементобетон-ные покрытия, устраиваемые методом сращивания слоев при бетонировании мелкозернистого бето-на по свежеуло-женному крупнозернистому бетону. В качестве основы проектирования дорожной одежды с учетом жизненного цикла можно использовать приемы оценки качества принятые в США и учитывающие объем допустимых продольных, поперечных и угловых трещин; среднюю высоту уступа в швах; показатель ровности; допустимое выпучивание плит в швах; при этом разрушения, связанные со свойствами собственно бетона, должны отсутствовать. Как видно, особое внимание уделяется сохранности свойств цементобетона в течение всего срока службы.

Одним из современных способов управления свойствами бетона является применение химических добавок. Согласно ГОСТ 26633-2015 в дорожном бетоне для строительства покрытий необходимо применять одновременно пластифицирующую и воздухововлекающую добавки. Появление новых классов добавок значительно расширяет возможность реализации новых повышенных требований к бетону.

При общей тенденции гармонизации отечественных и зарубежных норм необходимо учитывать отсутствие в документах ЕС и США такой характеристики, определяющей эксплуатационную надежность и потребительские свойства, как морозостойкость. Нормирование морозостойкости бетона с учетом региона строительства необходимо, так как низкая морозостойкость, проявляющаяся как интенсивное шелушение поверхности бетона после периода зимнего содержания, является одной из основных причин отказа в работе цементобетонных покрытий. Проведенные многочисленные обследования показывают, что шелушение бетонных дорожных покрытий и штучных дорожных изделий начинается, как правило, через 1-2 года после начала эксплуатации.

К положительным моментам зарубежных норм можно отнести то, что в новой редакции ЕЫ206 введен показатель качества бетона в условиях интенсивного истирающего воздействия-«ХМ».

Фактором, снижающим потребительскую стоимость цементобетонных дорожных покрытий, является наличие продольных и поперечных швов, как обязательного конструктивного элемента. Поперечные швы вызывают неудобство при движении автомобиля. Как правило, разрушение плит начинается на кромках швов.

Длина плит 4-6 м является оптимальной, на которую можно ориентироваться при проектировании бетонных покрытий, что подтверждается данными МАДИ, СоюзДорНИИ и согласуется с зарубежной практикой строительства неармированных покрытий. По мнению М.С. Коганзона (МАДИ), других исследователей, армирование покрытий позволяет значительно увеличить длину бетонных плит, а, следовательно, сократить число поперечных швов и повысить комфортность движения. Длина дорожных монолитных плит определяется рядом эксплуатационных и конструктивных требований: при расходе арматуры в количестве 3-5 кг/м2 длина плиты может быть увеличена до 10-24 м. Дальнейшее повышение содержания арматуры (до 8-12 кг/м2) позволяет увеличивать длину плиты до 200-400 м и переходить к устройству непрерывно армированных конструкций, применение которых кардинально решает вопрос повышения эксплуатационных качеств и долговечности цементобетон-ных покрытий [6].

При строительстве армированных покрытий экономичным решением может быть замена обычной арматуры класса А111 на более прочные стали с улучшенным профилем. В связи с этим, разработки в области новых видов арматурной стали имеют значительные перспективы применения в дорожном и других видах транспортного строительства.

Известно, что железобетонные дорожные (ПДН) и аэродромные плиты (ПАГ), несмотря на кажущуюся простоту конструкции, являются одним из самых сложных изделий в области заводской технологии железобетона. В соответствии с ГОСТ 25912-2015 «Плиты железобетонные предварительно напряженные для аэродромных покрытий» плиты изготавливаются из предварительно напряженного железобетона с классом бетона по прочности не ниже В30, Б1Ъ4,0, морозостойкостью не ниже Г2200; к ним предъявляются соответствующие требования по трещиностойкости. Внедрение в технологию изготовления плит обогреваемых форм с мягким режимом прогрева, взамен пропаривания, обязательно применения химических добавок, позволит значительно повысить срок службы и надежность дорожных и аэродромных покрытий из таких плит.

Следует учесть, что развитие новых территорий крупных городов Москвы, Санкт-Петербурга и других потребует грузонапряженных перевозок, которые могут быть более экономичными за счет сокращения эксплуатационных расходов при ремонте дорог.

Имеются бесспорные перспективы развития цементобетона для строительства дорог и транспортных сооружений, что позволит внести новые решения в важную область

функционирования инфраструктуры современного промышленно развитого государства.

Список литературы:

1. Дея Я. «Польский опыт в строительстве дорог с цементобетонным покрытием» Алитинфом №5-6 2011г.

2. В.В.Ушаков. Перспективы и эффективность применения цемкентбетона в дорожном строительстве. Наука и техника в дорожной отрасли. 2002 - №4.

3. СН 25-74 Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. М., Митрансстрой, СоюзДорНИИ, 1974г.

4. Б.С. Радовский. Цементобетонные покрытия в США: строительство. Автомобильные дороги, №4 2015г. стр. 56-62.

5. М.Я.Якобсон. Некоторые проблемы обеспечения долговечности бетонных и железобетонных конструкций. Сборник тезисов Международной конференции «Популярное бетоноведение». С-Пб 22-24 марта 2007г. стр.41-42.

6. М.С. Коганзон. Автомобилизация требует жестких дорожных одежд. Современные возможности применения цементобетона при строительстве дорожных одежд в России. Строительный эксперт.

7. Шейнин А.М, Эккель С.В, Коганзон М.С, Феднер Л.А, «Эффективность применения ЦБ при строительстве автодорог». Материалы Международного семинара «Перспективы и эффективность применения цементобетона в дорожном строитель-стве».12-14 ноября 2002г. МАДИ, Москва.

С.Н. Владимиров, к.т.н., доцент, ФГБОУ ВПО Московский Государственный машиностроительный университет (МАМИ),

e-mail: snvl@mail.ru

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ РАДИАТОРНЫХ ТЕРМОСТАТОВ В ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Энергосберегающая технология - новый технологический процесс, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов. Внедрение энергосберегающих технологий в хозяйственную деятельность является одним из важных шагов в решении многих экологических проблем — изменения климата, загрязнения атмосферы, истощения природных