Главная страница » Какие цементы применяют в дорожном строительстве

Какие цементы применяют в дорожном строительстве

  • автор:

Применение цементов, извести и других вяжущих в дорожном строительстве

Рассматриваются методыукрепления грунтов для дорожного строительства.

Дороги в России всегда имелибольшое значение. К сожалению, никогда не было последовательной, долгосрочной,целенаправленной программы их строительства. В послании президента Федеральномусобранию, а также в принимаемом 3-летнем бюджете РФ, дорожному строительствууделяется значительное внимание. На наш взгляд, заслуживает рассмотрения вопросстроительства недорогих грунтовых дорог укреплённых цементом, известью идругими вяжущими, так называемые дороги «экономкласса».

Грунты широко используются вкачестве местных строительных материалов при сооружении дорог, аэродромов,плотин, оснований под фундаменты и т. д. Известно, что основная частьповерхности представлена дисперсными, в большинстве своём глинистыми грунтами.Дисперсные грунты отличаются большой изменчивостью свойств в зависимости отвоздействия внешней среды: влаги, температуры, нагрузок и т. д. Проблемаукрепления дисперсных грунтов, превращения их в полноценный строительныйматериал имеет большое теоретическое значение.

Разработано много методовукрепления грунтов для дорожного и аэродромного строительства. В табл. 1 (по В. М. Безрукову) приведенаих классификация. Каждый из методов, указанных в таблице, имеет своиспецифические особенности, как по эффективности воздействия на грунт, так и поусловиям технологии работ.

Применяемые материалы и способы воздействия

Укрепление гранулометрическими добавками

Щебень, гравий, песок, шлаки, глины, суглинки

Укрепление органическими вяжущими

Битумы твёрдые и жидкие, дёгти, битумные и дегтевые эмульсии и пасты, синтетические смолы, древесные пески и др.

Укрепление минеральными вяжущими материалами

Цемент, известь, силикат натрия (жидкое стекло)

Местное топливо (дрова, уголь, электрический ток, газ)

Укрепление солевыми растворами

Хлористый кальций, хлористый натрий и др.

Электрический постоянный ток (с применением электролитов)

Органические и минеральные вяжущие с гранулометрическими добавками, органические вяжущие с активными добавками и т. д.

Таблица 1. Классификация методов укрепления грунтов

В рамках данной статьи, мыуделим основное внимание методу укрепления минеральными вяжущими материалами.

Мысль об улучшении свойствгрунтов для строительных и дорожных целей давно занимала умыинженерно-технических работников. Ещё в 60-е годы XIX века русские инженеры-дорожникипришли к выводу о необходимости искусственного улучшения грунтов для устройствапроезжей части грунтовых дорог. Так, в работах Е. Головачёва излагались методыулучшения грунтов путём уплотнения, а также смешения песка и гравия с глинистымгрунтом. Методы укрепления грунтов гранулометрическими добавками получилидальнейшее развитие в работе профессора Г. Д. Дубелира. В 1923 году приЛенинградском областном управлении было создано дорожноенаучно-исследовательское бюро, которое в 1925 году было реорганизовано висследовательское бюро ЦУМТа. К 1928 году на основе достижений науки о грунтах,благодаря работам профессоров Н. Н. Иванова, В. В. Охотина, П. А. Замятченскогои других, была разработана теория оптимальных смесей и способов производстваработ при производстве грунтовых работ с гранулометрическими добавками [6]. Наосновании своих исследований профессор М. М. Филатов предложил ввестипоправочный коэффициент, учитывающий повышенную вяжущую способность коллоидныхчастиц.

Однако в работах всехученых-дорожников отмечалось, что даже хорошо подобранные грунтовые смеси легкодеформируются вследствие нарушения сцепления между гранулометрическимиэлементами при проезде автотранспорта, вымывания тонких фракций водой и др. Привысыхании такие покрытия сильно пылят и тоже разрушаются. Всё это заставилопродолжить поиски надёжных методов укрепления грунтов. Для этих целей решенобыло использовать различные вяжущие материалы, в том числе и минеральные.

В 1926 году в Ленинградскомдорожно-исследовательском бюро были проведены опыты по известкованию грунтов. Входе опытов было установлено, что добавки гашёной извести в количестве 5 % отмассы грунта уменьшает липкость и пластичность глинистых грунтов и увеличиваетсопротивление размоканию. С 1927 по 1931 год под Москвой были проведены опытныеработы по укреплению известью глинистых и чернозёмных грунтов [6]. Впослевоенный период известкование грунтов получило дальнейшее развитие вработах ДорНИИ, Саратовского автодорожного института и других НИИ. Былиразработаны практические рекомендации по внедрению метода известкования грунтовв дорожном строительстве. С 1950 по 1955 год был построен ряд опытных участковдорог, где в качестве оснований, а также покрытий, использовался местный грунт,укреплённый известью. По данным С. А. Морозова [6], известкованиедерновоподзолистых грунтов обеспечило во всех опытных участках более высокиепоказатели прочности образцов на сжатие в водонасыщенном состоянии, чем приукреплении цементом.

Однако известкованные грунтыимеют низкую морозоустойчивость, поэтому их надо применять главным образом воснованиях дорожных одежд.

известкованныегрунты имеют низкую морозоустойчивость, поэтому их надо применять главнымобразом в основаниях дорожных одежд

При взаимодействии жидкогостекла с грунтом образуется гель кремнекислоты, который со временем твердеет(особенно в присутствии катализатора, например, хлористого кальция) и такимобразом связывает частицы грунта между собой. Первые производственные опыты поприменению жидкого стекла в дорожном строительстве были проведены в 1928 году вЛенинградской области, Белоруссии, Украине и в других регионах [6]. Большойвклад в развитие методов силикатирования грунтов внесли учёные Б. А. Ржаницын иВ. В. Аскалонов, которые разработали и теоретически обосновали 2-растворныйспособ силикатизации песчаных и гравелистых грунтов и 1-растворный способ поукреплению лёссовых грунтов. Оба эти метода нашли широкое применение в метро- итоннелестроении, а также при укреплении фундаментов и оснований промышленныхсооружений. В дорожном строительстве жидкое стекло не получило широкогораспространения, за исключением постройки опытных участков, а такжесиликатирования щебёночных шоссе по методу пропитки и поверхностной обработки.Причина — низкая морозостойкость силикатированных грунтов, а также неудобство вработе в связи с быстрым схватыванием и твердением смеси грунта с силикатом.

Цементно-грунтовая технологияоснована на смешивании до однородного состояния цемента и естественного грунтапри установленном содержании воды и уплотнении с целью придания укреплённомугрунту определённых свойств: прочности, устойчивости, морозостойкости и т. д.[4].

Впервые в России цемент дляукрепления грунтов был применён для устройства садовых дорожек [1]. Послереволюции первые опыты по укреплению грунтов портландцементом были проведены в1927 году на опытных дорожках Ленинградского дорожно-исследовательского бюро.

Лабораторные исследования поукреплению грунтов цементом проводились также ЦИАТ и ДорНИИ. Положительныерезультаты исследований позволили выполнить укрепление грунта цементом подасфальтобетонные покрытия на подъездных путях к территории Всесоюзнойсельскохозяйственной выставки. В послевоенный период начинается широкоевнедрение цементогрунтов в дорожном и аэродромном строительстве [3].Цементно-грунтовые основания были применены взамен щебёночных и песчаных слоёвна автомагистралях Москва — Харьков (1946–1949), Москва — Ленинград (1949),Москва — Рязань (1950) и др. Решающее значение для развития метода укреплениягрунтов цементами имели работы В. М. Безрука, который в результате многолетнихисследований разработал теоретические и практические рекомендации укреплениягрунтов цементами [1–3, 6]. Как отмечает Безрук, на эффективность укреплениягрунтов цементом оказывает исключительно важное влияние химико-минералогическийсостав цементов, генезис, состав и свойства грунтов, в частности ихзаселённость и состав обменных катионов. Введение в цементно-грунтовые смесинекоторых веществ (например, мылонафта, саапстока и др.), образующих спродуктами гидролиза цемента гидрофобные и другие вещества, заполняющие поры,может в ряде случае придавать им повышенную водопроницаемость. С 80-х годовпрошлого века успешно велись работы по укреплению грунтов цементами комплекснымметодом, предусматривающим направленное влияние на процессы цементации грунтов.Но об этом ниже.

За границей, цементно-грунтовыетехнологии начали развиваться также в первой половине XX века. В 20-х годах в США изцементогрунтов делали покрытия просёлочных дорог [4]. После II мировой войны этот метод получилраспространение в Англии, Бельгии, Голландии и других европейских странах. Так,в Голландии, начиная с 1956 года, было укреплены десятки миллионов квадратныхметров почвы. Почти всюду она была песчаной и поэтому данная технологияполучила название пескоцементной. В 80-х годах прошлого века в ФРГ ежегоднооколо 1 млн. т цемента расходовалось на стабилизацию песков на севере страны(портовые сооружения Гамбурга, складские площадки), при строительствепросёлочных дорог. Во Франции эту технологию начали применять с 1972 годаблагодаря активности цементных компаний [4].

Во большинстве зарубежныхпубликациях отмечается, что укрепление грунтов с помощью цемента или смесицемента с известью для покрытий просёлочных дорог, вместо каменной наброскиуплотняемой механическим путём, представляется весьма экономичным решением [4].Из цементогрунтов, помимо просёлочных дорог, можно сооружать покрытия складскихплощадок, стоянок автомашин, постели оснований железных дорог, каналов,оснований отдельных типов зданий, а также грунтов, предназначенных длявозведения больших земляных плотин. Видимо, большой интерес длястроительно-дорожных фирм и читателей журнала представляет цементно-грунтоваятехнология производства работ.

Попытаемся вкратце осветить этотвопрос.

До начала работ по укреплениюгрунта необходимо провести в лаборатории его предварительный анализ, а затем,во время работ, осуществлять постоянный контроль. Грунты различаются в основномпо их природе, гранулометрии и содержанию воды.

Грунт может быть более или менеесвязным, содержать в разной пропорции суглинки и глину.

При высоком содержании глиныприменяют так называемое смешанное укрепление, при котором в грунтпредварительно добавляют известь (2–5 %) для улучшения хлопьеобразования и, вконечном итоге, рассыпания грунта при проходе машин. Грунты, содержащиесульфаты (более 1%), могут быть опасны, поскольку сульфат вступает в реакцию сцементом. В этом случае необходимо применять либо цемент с низким содержаниемтрёхкальциевого алюмината (цемент, предназначенный для морских работ), либоцемент с высоким содержанием минеральных добавок (золы-уноса, доменного шлака,пуццоланов). Особенно нужно быть осторожным, когда дело касается частичногоосушения влажного или насыщенного водой грунта после дождей. Это делается спомощью негашёной извести или путём аэрирования грунта «рыхлителем».

грунты,содержащие сульфаты (более 1%), могут быть опасны, поскольку сульфат вступает вреакцию с цементом

Обычно испытания грунта проводятс целью определения основных характеристик грунта: предел текучести, пределпластичности, гранулометрическая кривая и др.; устанавливают оптимальный расходводы и цемента. Расход цемента может меняться в пределах 4–12 % в зависимостиот грунта. Чаще всего он составляет 6–20 %. Для примера в табл. 2 приводятся данные, взятые изнормативных документов Германии.

Применение цемента в дорожном строительстве

Сейчас наметились большие перспективы для применения цемента в дорожном строительстве. Еще в далеких 80-х строительство дорог с применением цементобетонных покрытий было прекращено. Основная причина сворачивание данной программы – это дефицит цемента.

В нынешнее время в цементной промышленности в РФ появились новые предприятия и общая мощность производства перешла за 100 млн тонн. Помимо этого стары предприяти модернизировали свое оборудование.

Заводы заново стали осваивать выпуск новых марок цемента для применения в дорожном строительстве.

Если рассмотреть всю протяженность автомобильных дорог в Росси, которые составляют около 505 тысяч км и среди них цементобетонные дороги составляют лишь 8 000 км, что составляет 1,5%. К примеру, в Германии подобных дорог 38%, в Соединенных Штатах — 60%.

Чтобы достигнуть среднего мирового показателя в 30%, понадобятся десятки миллионов, а если принимать во внимание, что в России есть повсеместная нехватка дорог, то можно говорить о сотнях миллионах тонн цемента для строительства дорог.

8 октября 2014 года на заседании президиума Госсовета в Новосибирске прошло совещание посвященное совершенствованию автомобильных дорог для общего развития и комплексного освоения территорий России.

На заседании губернатор Самарской области Меркушкин Николай акцентировал внимание на более широком использования бетонных смесей для дорожного строительства. «Такие дороги будут служить в два раза больше», — добавил он.

В свою очередь Путин сказал, что в любом случчае надо разбюрократизировать принятие решений по данному вопросу, и где в этом есть экономическая целесообразность, использовать цементобетон.

Стоит заметить, что 26-27 февраля 2015 года в Москве будет проходить первая конференция RUCEM.RU: «Цемент в дорожном строительстве».

На мероприятие приглашены ведущие представители в данной теме: дорожные строители, производители цемента, научные учреждения, аналитики рынка цемента и другие представители, имеющие интерес к строительству дорог с бетонным покрытием.

Помимо этого будут приглашены представители стран Таможенного Союза, чтобы обменяться опытом в строительстве бетонных дорог.

Какой бетон используют для дорожных покрытий?

Бетон для строительства автомобильных дорог и подобных им сооружений относится к группе так называемых «тощих» бетонов, характеризующиеся пониженным содержанием связующего (цемента) и повышенным содержанием наполнителя – щебенки.

В связи с этим бетон для дорожных покрытий уплотняется методом машинной укатки и используется для обустройства следующих объектов:

  • Городские и автомобильные магистрали;
  • Подъездные пути;
  • Аэродромов;
  • Пешеходных тротуаров, стоянок автотранспорта, бордюров и т.п.

Виды дорожного бетона

  • Бетон для однослойных (монолитных) покрытий;
  • Бетон для двухслойных покрытий (разные марки для слоев);
  • Бетон для капитальных автомагистралей и шоссе.

Состав бетонов для дорожных покрытий

Данный строительный материал изготавливается на основе специальных гидрофобных или пластифицированных портландцементов. При этом действующими ГОСТ и нормами регламентируется содержание в портландцементе трехкальциевого алюмината (не более 10%), а качестве активной добавки допускается использовать исключительно гранулированный доменный шлак (не более 15%).

Бетон для заливки верхнего слоя двухслойного покрытия замешивается на основе марки портландцемента не ниже М500. Также для производства бетона данного вида допускается использовать щебень из горных или осадочных пород имеющий прочность на сжатие не менее 1200 кг/м2 и 800 кг/м2 соответственно.

При этом предельный показатель «испаряемости» бетона изготовленного на основе щебня из горных пород должен составлять – 25%, из осадочных пород – 40%. Требования к бетону используемому для строительства нижнего слоя более «лояльные» – здесь можно использовать щебень горных или осадочных пород с показателями прочности на сжатие 800 кг/см2 и 600 кг/см2 соответственно.

Размер фракции щебня также имеет значение. Так для монолитного покрытия используют щебень фракции 40 мм, а для и верхнего слоя двухслойного покрытия допускается использовать фракции не более 20 мм.

В том числе при производстве «дорожного» бетона применяется природный песок с зерном крупной и средней фракции либо искусственный песок полученный способом измельчения горных пород.

В зависимости от конкретных климатических условий, в которых будет эксплуатироваться покрытие, при замесе бетона используются различные присадки (модификаторы) придающие ему морозостойкость. В соответствии с современными строительными нормами, степень морозостойкости для автомагистралей должна составлять не менее F150, для городских дорог – не менее F100.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *