CC BY
65УДК 625.7/.8:691.32
DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-20-23
А.В. КОРОЧКИН, канд. техн. наук ([email protected])
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) (125319, г. Москва, Ленинградский пр., 64)
Опыт применения «тощего» бетона в конструкциях жестких и нежестких дорожных одежд
Представлены основные положения по применению «тощего» бетона в конструкциях жестких и нежестких дорожных одежд. Приведены критерии необходимости использования данного материала в основаниях и покрытиях. Указана классификация «тощего» бетона в зависимости от составляющих компонентов. Приведены рабочие схемы конструкции, определен алгоритм выбора типа материала и его параметров для расчета дорожной одежды. Представлены позиции, которые оказывают влияние на проектирование жестких и нежестких дорожных одежд с применением «тощего» бетона в основании и покрытии. Указаны существующие нормативные методики, согласно которым производится расчет жестких и нежестких дорожных одежд из укатываемого («тощего») бетона. Приведен зарубежный опыт ряда ведущих стран по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог с конструкциями дорожных одежд из «тощего» бетона. В заключение формулируются выводы о перспективах применения «тощего» бетона в конструкциях жестких и нежестких дорожных одежд.
Ключевые слова: асфальтобетон, «тощий» бетон, бетон, прочность, основание, покрытие, долговечность.
Для цитирования: Корочкин А.В. Опыт применения «тощего» бетона в конструкциях жестких и нежестких дорожных одежд // Строительные материалы. 2018. № 7. С. 20-23. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-20-23
A.V. KOROCHKIN, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected])
Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) (64, Leningradsky Avenue, Moscow, 125319, Russian Federation)
Experience of Using "Lean" Concrete in Constructions of Rigid and Non-Rigid Pavements
The article contains main provisions for the use of "lean" concrete in the constructions of rigid and non-rigid pavements. Criteria for the need to use this material in bases and pavements are presented. The classification of "lean" concrete depending on the constituent components is specified. Structural working diagrams are presented; an algorithm for choosing the type of material and its parameters for calculating the pavement is defined. Positions that affect the design of rigid and flexible road pavements with the use of "lean" concrete in the base and pavement are presented. Existing regulatory techniques, according to which the calculation of rigid and flexible pavement is made using the rolled ("lean") concrete, are shown. Foreign experience of some leading countries in design, construction and operation of highways with constructions of their pavements made of "lean" concrete is presented. Conclusions about the prospects of the use of "lean" concrete in constructions of rigid and non-rigid pavements are formulated.
Keywords: asphalt concrete, "lean" concrete, concrete, strength, base, pavement, durability.
For citation: Korochkin A.V. Experience of using "lean" concrete in constructions of rigid and non-rigid pavements. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 7, pp. 20-23. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-761-7-20-23. (In Russian)
В основу данной статьи легли результаты научных и практических исследований, выполненных автором в рамках подготовки диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.11 «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей». Исследования и эксперименты осуществлены на участках действующих автомобильных дорог и автомобильных магистралей (как загородных, так и городских) в 2008-2017 гг.
От существующих публикаций данную статью отличает более современный подход к конструированию дорожных одежд с применением укатываемого («тощего») бетона, а также оценка опыта работы аналогичных конструкций на отечественных и зарубежных автомобильных дорогах.
В настоящее время не только автопоезда, но и классические грузовые автомобили имеют фактическую нагрузку на ось, превышающую 12, а в ряде случаев даже 13 т. В настоящее время согласно действующим нормативным документам осевая расчетная нагрузка на дорожную одежду не превышает 11,5 т. Это приводит к преждевременному износу и разрушению как жестких, так и нежестких дорожных конструкций. С учетом постановления Правительства от 30 мая 2017 г. № 658 «Об актуализации нормативов денежных затрат на содержание и ремонт автомобильных дорог федерального значения» вопрос применения «тощего»
бетона в конструкциях дорожных одежд является весьма актуальным.
Существующий отечественный опыт устройства автомобильных дорог из укатываемого («тощего») бетона показал, что такой бетон необходимо применять при устройстве дорог, по которым движутся транспортные средства с большой осевой нагрузкой и на которые действует значительная механическая нагрузка, например при строительстве подъездных дорог для сверхтяжелых транспортных средств с осевыми нагрузками до 120 т; покрытий для контейнерных площадок и оборудования в портах; площадок для стоянок заправочных и армейских машин, военных и транспортных самолетов.
«Тощий» бетон — это бетон с малым содержанием неорганического вяжущего вещества (цемента) и высоким содержанием заполнителя (песок и щебень). Из-за небольшого количества цемента бетон и назван «тощим». Производится он из жесткой смеси, которую после распределения и укладывания уплотняют при помощи виброплиты или катка [1].
Для устройства оснований применяют жесткие бетонные смеси. Выбор жесткости смеси определяется имеющимся распределяющим и уплотняющим оборудованием [2].
Тощий бетон должен иметь показатели прочности, соответствующие следующим классам (или маркам):
— по прочности при сжатии: В5 (М75); В7,5 (М100); В10 и В12,5 (М150); В15 (М200);
Таблица 1
Типы дорожных одежд с цементобетонным основанием
Материал слоя Толщина слоя, см, на дороге категории
I-II III IV
1-й тип дорожной одежды
Двухслойный асфальтобетон 14 12 10
«Тощий» бетон 16 14 12
Щебень, песчано-щебеночная (гравийная) смесь 14-26 14-22 14-88
Песок По расчету в соответствии с МОДН 2-2001
2-й тип дорожной одежды
Двухслойный асфальтобетон 12 10 8
Щебень, укрепленный цементно-песчаной смесью по способу пропитки 10 10 10
«Тощий» бетон 20-24 16-22 12-22
Песок или цементогрунт По расчету в соответствии с МОДН 2-2001
Требования к бетону по прочности и морозостойкости должны быть обеспечены в возрасте 28 или 90 сут.
Назначение марки бетона в возрасте 90 сут допускается при применении смешанных вяжущих (цемент + активная минеральная добавка) с целью экономии цемента, при этом в возрасте 28 сут должна быть обеспечена прочность при сжатии не ниже 50% марочной (в соответствии с Методическими рекомендациями по применению технологичных конструкций нежестких дорожных одежд с основаниями из «тощего» бетона) [3].
В зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителей «тощие» бетоны делят на:
— мелкозернистые — до 5 мм;
— крупнозернистые — до 40 мм.
Наибольший размер зерен ограничен 40 мм из условия обеспечения устойчивости гранулометрического состава щебня в бетонной смеси при уплотнении укаткой.
Суммарное содержание пылевидных и глинистых частиц в песке и щебне допускается до 10% при условии, что бетоны, приготовленные на этих заполнителях, по прочности и морозостойкости удовлетворяют указанным выше требованиям (Дьяков К.А., Черсков Р.М. Обзор проблем дорожного строительства.URL: http:// crdtech.ru/index.php/publications/articles/36-obzor-problem-dorstroitelstva (Дата обращения: 28.11.2017)).
В качестве вяжущих для приготовления «тощего» бетона применяют портландцемент и шлакопортландце-мент М300 и выше, удовлетворяющие требованиям. С целью экономии цемента допускается применение активных минеральных добавок (Электронный ресурс — http://plita.guru. Применение и приготовление тощего бетона.(Дата обращения: 27.11.2017)).
Добавки и их количество выбирают в зависимости от технологии производства работ и проектных характеристик бетона.
Дозировку добавок уточняют при экспериментальной проверке состава бетона.
Повышенные дозировки добавки применяют в качестве замедлителя схватывания при температуре воздуха выше 25оС.
Вода для затворения бетонной смеси и приготовления растворов химических добавок должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732—2011.
Дорожную одежду с асфальтобетонными покрытиями на основании из «тощего» бетона следует проектировать преимущественно на дорогах I—III категорий с тяжелым и интенсивным движением. При соответствую-
щем технико-экономическом обосновании допускается устройство ее на дорогах IV категории, а также дорогах промышленных предприятий.
Толщину конструктивных слоев рассчитывают с учетом состава и интенсивности движения, модуля упругости земляного полотна и климатических условий района строительства (Электронный ресурс — http:// abscds.ru.Тощий бетон. (Дата обращения: 24.11.2017)).
При конструировании верхних слоев дорожной одежды из монолитных материалов необходимо предусмотреть, чтобы трещины основания не копировались в покрытии [4], для чего следует между асфальтобетонными слоями и цементобетонным основанием предусматривать трещинопрерывающую прослойку. Действующие нормы предлагают два типа дорожных одежд (табл. 1. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд).
Как установлено автором, проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции на прочность, морозоустойчивость, а также назначение мер по повышению трещиностойкости слоев с учетом возможности использования местных материалов [5].
Основные положения исследований в течение многих лет используются в процессе проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог Московской области, обеспечивая большую прочность и высокие транспортно-эксплуатационные качестчва дорожных одежд. Так, в частности, реализация результатов осуществлена на участках действующих автомобильных дорог II—IV в Воскресенском, Наро-Фоминском, Дмитровском и Можайском районах.
На основании выполненных экспериментов расчетный срок службы дорожной одежды в целом устанавливается не менее 25 лет.
Авторское наблюдение за экспериментальными участками дорожных одежд показало, что толщину основания из «тощего» бетона необходимо принимать не менее 15 см. В случае, когда основание в течение длительного времени (но не более одного года с момента укладки) используют для движения транспорта, его устраивают из бетона класса В15 толщиной не менее 20 см.
В результате расчет дорожных одежд с применением «тощего» бетона может быть произведен по следующим методикам:
1. По принципу нежесткой конструкции (ОДН 218.046—01 (Проектирование нежестких дорожных одежд).
J'iyj ®
июль 2018
21
Таблица 2
Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами, соответствующих ГОСТ 223558-94
Материал Нормативные значения модуля упругости Е, МПа
Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, крупнообломочные грунты (оптимальные/неоптимальные), обработанные цементом: 500/400
- соответствующие маркам: 20 600/550
40 600/550
60 800/700
75 870/830
100 1000/950
2. По принципу жесткой конструкции (Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197—91).
При проектировании конструкции по принципу «нежесткой» дорожной одежды используют ОДН 218.046—01. В этом случае «тощий» бетон рассчитывается с параметрами согласно табл. П.3.6 (Отраслевые дорожные нормы. ОДН 218.046—01, табл. 2).
При проектировании конструкции по принципу «жесткой» дорожной одежды используют Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд, 2004 г. (взамен ВСН 197-91).
Прочностные и деформативные характеристики, толщины слоев основания из «тощего» бетона и асфальтобетонного покрытия рассчитывают в соответствии с методическими рекомендациями по проектированию жестких дорожных одежд. Отличительной особенностью расчета является учет межремонтных сроков службы отдельных слоев и дорожной одежды в целом [6].
Укатываемый («тощий») бетон используется за рубежом достаточно широко. Географически наиболее часто он применяется в Европе (Германии, Франции, Англии, Бельгии, Испании, Швеции, Финляндии и других странах), в Северной Америке (США, Канаде).
В США интерес к покрытиям из укатываемого бетона объясняется желанием получения экономичного и долговечного покрытия. США являются одним из мировых лидеров по наличию автомобильных дорог с конструкцией дорожной одежды с «тощим» бетоном [7].
В ФРГ первый опытный участок дороги с покрытием толщиной 20 см из укатываемого бетона построен в 1987 г. Бетонную смесь укладывали с помощью асфальтоукладчика Super S1700 Vogele. Вибробрус асфальтоукладчика обеспечивал степень уплотнения 0,940-0,960 по Проктору. Далее уплотнение осуществляли виброкатком массой 9 т. После двух проходов без вибрации и
Список литературы
1. Петрович П.П., Дмитричев А.В. Обзорная информация. Современное состояние и перспективы применения технологии укатываемого бетона. М.: МАДИ, 2004. 28 с.
2. Коренев Б.Г. Расчет плит на упругом основании. Пособие для проектировщиков. М.: Стройиздат, 1962. 355 с.
двух проходов с вибрацией степень уплотнения достигала 0,985.
Значительный опыт эксплуатации экспериментальных участков дорог с жестким покрытием накоплен в Англии. В 1960-1970-х гг. были построены опытные участки на устойчивых и неустойчивых грунтах с различной интенсивностью движения транспорта. Толщина устраиваемого покрытия изменялась от 15 до 25 см в зависимости от вида грунта и интенсивности движения транспорта. Чаще всего данные конструкции применялись на дорогах с нагрузками на покрытие, превышающими нормативные значения [8].
Во Франции укатываемый бетон широко применяется для устройства покрытий. Наиболее распространены два варианта: первый — когда укатываемый бетон используется для строительства поверхностных слоев; второй — на дорогах с высокой интенсивностью движения, где предъявляются высокие требования к поверхности покрытия с перекрытием поверху тонкими асфальтобетонными слоями.
В Финляндии применение шипованных шин на автомобилях приводит к колееобразованию на магистралях с асфальтобетонными покрытиями. Укатываемый бетон обладает сопротивлением износу в 3—6 раз большим, чем асфальтобетон. Поэтому издержки на содержание дорог с асфальтобетонным покрытием выше, чем на содержание дорог с бетонным покрытием.
В Японии при приготовлении жестких бетонных смесей, уплотняемых способом укатки, использовали цемент с ускоренным набором прочности. Покрытия такого типа называют «однодневным бетоном». Также в Японии для улучшения ровности, сцепных качеств покрытия распространено устройство поверхностной обработки по слою укатываемого бетона.
В Австрии специалисты обращали внимание на ранний набор прочности бетона. Установлено, что на его прочность оказывают влияние содержание цемента, тонкость помола, химические добавки, водоцементное отношение. В этой стране широко используют суперпластификаторы. Отмечается, что бригады по устройству бетонирования должны быть опытными и специально подготовленными.
По мнению большинства специалистов, главные достоинства «тощего» бетона как материала — высокая прочность, хорошая технологичность и низкая стоимость. Последние выполненные исследования автора показали, что целесообразно на слой укатываемого бетона распределять слой из асфальтобетонной смеси толщиной 4—5 см [9]. Асфальтобетон защищает укатываемый бетон при твердении, предотвращает повышенный износ при движении транспортных средств, сдвиговые деформации при торможении тяжелых грузовых автомобилей; а также при воздействии природно-климатических факторов, от противогололедных солей, вызывающих коррозию цементного камня.
Вместе с тем срок службы дорожных одежд, устроенных из «тощего» бетона, как установлено автором, достигает 30—40 лет. Соответственно, данные конструкции обеспечивают значительный экономический эффект при небольших первоначальных затратах.
References
1. Petrovich P.P., Dmitrichev A.V. Obzomaya informatsiya. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy primeneniya tekhnologii ukatyvaemogo betona [Overview information. Current state and prospects for the application of technology of rolled concrete]. Moscow: MADI. 2004. 28 p.
2. Korenev B.G., Chernigovskaya E.I. Raschet plit na uprugom osnovanii. Posobie dlya proektirovshchikov
3. Горбунов-Посадов М.И. Расчет конструкций на упругом основании. Изд 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1973. 280 с.
4. Дьяков К.А., Черсков Р.М. Обзор проблем дорожного строительства. URL: http://crdtech.ru/index.php/ publications/articles/36-obzor-problem-dor-stroitelstva (Дата обращения: 28.11.17.)
5. Электронный ресурс — http://plita.guru Применение и приготовление тощего бетона. (Дата обращения: 27.11.17.)
6. Электронный ресурс — http://abscds.ru Тощий бетон. (Дата обращения: 24.11.17.)
7. Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG): Interim Edition. AASHTO. Washington, 2008. 188 p.
8. Корочкин А.В. Алгоритм расчета покрытий жесткой дорожной одежды // Строительные материалы. 2011. № 5. С. 27-29.
9. Защепин А.М., Левицкий Е.Ф., Овчаров В.И. и др. Бетонные покрытия автомобильных дорог. М.: Авто-трансиздат, 1961. 382 с.
10. Глушков Г.И. и др. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1987. 255 с.
11. Корочкин А.В. Способы ремонта жесткой дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием // Транспортное строительство. 2012. № 4. С. 4-6.
12. Корочкин А.В. Сдвигоустойчивость асфальтобетонных слоев жесткой дорожной одежды // Строительные материалы. 2014. № 1-2. С. 65-67.
[Calculation of plates on an elastic foundation. A handbook for designers]. Moscow: Stroyizdat. 1962. 355 p.
3. Gorbunov-Posadov M.I., Malikova T.A. Raschet konstruktsii na uprugom osnovanii. Izd 2-e, pererab. i dop. [Calculation of structures on an elastic foundation. Second edition, revised. and additional]. Moscow: Stroyizdat. 1973. 280 p.
4. Dyakov K.A., Cherskov R.M. Review of the problems of road construction. — URL: http://crdtech.ru/index.php/ publications/articles/36-obzor-problem-dor-stroitelstva (Date of circulation: 28.11.17)
5. Electronic resource — http://plita.guru Application and preparation oflean concrete. (Date of circulation: 27.11.17)
6. Electronic resource — http://abscds.ru Skinny concrete. (Date of circulation: 24.11.17)
7. Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG): Interim Edition. AASHTO. Washington. 2008. 188 p.
8. Korochkin A.V. Algorithm of calculation of coatings for rigid road pavement. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 5, pp. 27-29. (In Russian).
9. Zashepin A.M., Levitsky E.F., Ovcharov V.I. and others. Betonnye pokrytiya avtomobil'nykh dorog. [Concrete covering of highways]. Moscow: Avtotranizdat. 1961. 382 p.
10. Glushkov G.I. and others. Zhestkie pokrytiya aerodro-mov i avtomobil'nykh dorog. [Hard cover of airfields and highways]. Moscow: Transport. 1987. 255 p.
11. Korochkin A.V. Ways of repairing hard pavement with asphalt-concrete pavement. Transportnoe stroitel'stvo. 2012. No. 4, pp. 4-6. (In Russian).
12. Korochkin A.V. Steadiness of asphalt concrete layers of rigid road pavement against displacement. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 1-2, pp. 65-67. (In Russian).
_СПЕЦИАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
В издательстве «Стройматериалы» вы можете приобрести специальную литературу
Книга «Химическая технология керамики»
Авторы - коллектив ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева, под редакцией И.Я. Гузмана.
В пособии освещены вопросы современного состояния технологии основных видов керамических изделий строительного, хозяйственно-бытового и технического назначения, а также различных видов огнеупоров. Книга соответствует программе общего курса химической технологии керамики и огнеупоров при наличии также курсов соответствующих специализаций. Подробно изложены характеристика сырья, проблемы подготовки керамических масс и их формование, особенности механизмов спекания, а также дополнительные виды обработки керамики: металлизация, глазурование, декорирование, механическая обработка. Описаны механические, деформационные, теплофизические, электрофизические свойства керамических изделий, в том числе при высокой температуре.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КЕРАМИКИ
Книга «Керамические пигменты»
Авторы - Масленникова Г.Н., Пищ И.В.
В монографии рассмотрены физико-химические основы синтеза пигментов, в том числе термодинамическое обоснование реакций, теория цветности, современные методы синтеза пигментов и их классификация, методы оценки качества. Приведены сведения по технологии пигментов и красок различных цветов и кристаллических структур. Описаны современные методы декорирования керамическими красками изделий из сортового стекла, фарфора, фаянса и майолики. Книга предназначена для научных сотрудников, студентов, специализирующихся в области технологии керамики и стекла, а также для инженерно-технических работников, занятых в производстве керамических изделий и красок.
L1D Î1...L
il ш .-■»■ Керамические
\ пигменты
Заказать литературу можно через редакцию, направив заявку произвольной формы по факсу: (499) 976-22-08, 976-20-36; e-mail: [email protected], или оформить заявку на сайте www.rifsm.ru
j'^J ®
июль 2018
23
