Технические науки/Транспорт

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 В_tb4,8 (марок не ниже Р_tb60). 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.

Литература

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.