CC BY
20
УДК 625.841
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОГ Б.А. Кайтуков, А.А. Парусов
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва
Аннотация.
На основе анализа состояния автомобильных дорог в Российской Федерации сделаны выводы о необходимости увеличения темпов строительства и развития дорожной инфраструктуры с применением твердых покрытий. Также установлены несколько вариантов строительства аналогичных дорог с учетом технологических особенностей. В зависимости от этих вариантов предложена технология укладки дорожного покрытия в один слой, представлен технологический комплекс и мобильный бетоносмесительный узел с модульной компоновкой. Рассмотрена задача смешивания компонентов цемен-
Ключевые слова.
Дорожное полотно, цементобетон, мобильные бетонные узлы, модульная компоновка, технология производства высококачественных бетонов, технологический комплекс устройства бетонных дорог. История статьи: Дата поступления в редакцию 10.08.21
Дата принятия к печати 15.08.21
тобетона в планетарных смесителях принудительного действия. Произведен подбор наиболее рациональных компоновок бетонного узла с использованием элементов и узлов, изготовленных отечественными производителями. Предложен метод оценки качества бетона с использованием числа Рейнольдса.
03
г
м О
-I
м
Э СО
Важнейшей задачей при строительстве дорог является повышение качества и снижение сроков сдачи дорожных покрытий. В настоящее время протяженность автомобильных дорог в нашей стране составляет около 1,7 миллионов километров, причем дороги с твердым покрытием по данным Росста-та составляют 1,2 миллиона километров. Очевидно, что такое состояние дорожной сети не отвечает требованиям экономического развития страны, так как по плотности автомобильных дорог Россия уступает развитым странам. Лидером по этому параметру является Япония, где на 1000 квадратных километров территории приходится около 3300 км дорог, из них 81% — трассы с твердым покрытием. Ведущие позиции по этому показателю занимают Франция и Великобритания, где доля дорог с твердым покрытием достигает ста процентов. По государственной программе «Развитие транспортной системы» предлагается трехкратный рост темпов строительства транспортных артерий страны.
Исследования показали, что Россия расходует большие суммы на обслуживание дорожной сети. В Германии на строительство и реконструкцию одного километра полосы тратят от 5,2 до 350 миллионов рублей, в России этот показатель на уровне 59 миллионов рублей. Но, следует уточнить, что в западных странах давно отказались от асфальтовых дорог, а все транспортные артерии строят из бетона. Материал более практичный, лучше выдерживает нагрузки и служит значительно дольше.
Актуальной проблемой дорожной отрасли является повышение качества дорожных покрытий, увеличение сроков службы и снижение затрат при эксплуатации.
Мировой опыт строительства и ремонта дорог показывает, что широкое применение цементобетона позволяет в значительной степени увеличить межремонтные сроки эксплуатации и снизить затраты на ремонт.
I
<и ю га и н и (и т га ¡е
X °
И
I 4
Л щ
и СО
о н
с л
8 г
и 5
* Я
а Ъ
< и = 5
А й
< С
< .5
СО ¡5
О 2
* а > £
н г
< *
* .о
. I
< I
■ о
ш Ё
В Германии, США и Китае активно развивают дорожное строительство с применением цементобетонов, важным достоинством которых является прочность и несущая способность, сравнительно небольшие затраты на содержание дорог.
Для строительства цементобетонных дорог в России используются специальные высококачественные бетоны, для которых разработаны ГОСТы и отраслевые дорожные документы [1,2]. В этих бетонах особые требования предъявляются ко всем компонентам: цементу, инертным материалам (песку и щебню) и химическим добавкам. Высокие требования к качеству бетонной смеси и технологии укладки дорожного покрытия предопределяют необходимость использования технологичного и надежного оборудования. Передовые технологии предполагают механизацию и автоматизацию прокладки качественных дорожных покрытий.
Мобильные бетонные узлы, смонтированные из модульных конструкций, позволяют получить высококачественные бетонные смеси при низкой стоимости приготовления и небольших затрат при транспортировании готовой смеси от производства к месту укладки. Важно учитывать то обстоятельство, что, устанавливая рядом со строительством дороги мобильный бетоносмесительный узел, снижаются в несколько раз транспортные расходы, обеспечивается своевременная укладка дорожного полотна и главное — сохраняются основные свойства бетона, в том числе выдерживается требуемый температурный режим [3]. Строительство дороги требует наличия определенного объема и качества цементобетона, что обеспечивается бетоносмесительным заводом или узлом требуемой производительности. В настоящее время множество всемирно известных производителей предлагают мобильные бетоносмесительные заводы различной комплектации. Финский производитель Tecwill Oy предлагает несколько моделей заводов, среди них Cobra Standart, который соответствует передовым стандартам и используется при строительстве цементобетон-ных дорог. Шведская компания Scandinavian & UK Machines предлагает бетонные заводы Sumab. Мобильный завод возможно быстро транспортировать, производство бетона возможно начать уже через 3-4 часа. Бетонный завод предназначен для производства бетонных смесей в объемах от 30 до 80 м3 в час. Следует отметить мобильные бетоносмесительные узлы фирмы Blend на автомобильной платформе. Все эти заводы представляют конструкцию, собранную из модулей и блоков, состоящих из следующих узлов: накопитель инертных материалов, силос цемента, приемный бункер, дозатор, смеситель и кабина управления. При производстве бетонных смесей в мобильных бетоносмесительных установках задействована автоматизированная система дозирования материала и контроля выполнения производственных процессов [4,5]. Однако, производство высококачественных бетонов также требует решения ряда важных задач. Очень важно учитывать фактор стоимости бетоносмесительного узла. Рассмотрев ряд предложений от компаний-производителей, изготавливающих бетоносмесительные узлы, приходим к выводу, что такие изделия можно комплектовать из модулей, выполненных отечественными производителями. Благодаря этому появляется возможность значительно снизить затраты на оборудование.
В качестве базовой машины возможно использование шасси, произведенное на заводе-изготовителе ПАО «Камаз». Среди предлагаемых моделей наиболее актуальными являются шасси с колесными формулами 6х4, 6х6 и 8х8. Такие машины практически не имеют ограничений по качеству подъездных путей к месту строительства, способны передвигаться как по бездорожью, так и пересекать водные преграды. Удлиненная, усиленная рама позволяет расположить модульное оборудование в соответствии с технологическим процессом. Выносные опоры исключают опрокидывание машины в результате действия динамических нагрузок, возникающих при работе оборудования. Тип базовой машины, колесная формула и размеры рамы определяются в зависимости от требуемых объемов силоса цемента, накопителей инертных материалов, а также бетоносмесителя. Как показывает практика, бетоносмесители принудительного действия обладают рядом преимуществ: высокой производительностью, скоростью смешивания, а главное — непревзойденным качеством готовой бетонной смеси. Наиболее технологичным и надежным отечественным бетоносмесителем является СБ-138Б, использующийся на многих современных предприятиях. Такая смесительная машина изготавливается в двух вариантах: с загрузкой в 750 и 1500 литров, что позволяет укомплектовать мобильный бетонный завод обо-
рудованием, точно соответствующим технологическим требованиям [6]. Бетоносмеситель, дозаторы и система управления поставляется в едином модуле, что обеспечивает быстрый монтаж и исключает необходимость в дополнительной калибровке оборудования, как при поэлементном монтаже. Накопители инертных материалов также выполняются отечественными производителями, такими как Элкон, ОЗРМ, которые поставляют оборудование в модульном виде. Такой модуль включает в себя бункер песка и щебня, тензометрическую систему взвешивания и ленточный конвейер, способный доставить требуемое количество материала непосредственно к загрузочному отверстию бетоносмесителя. Для хранения и подачи цемента используются мобильные горизонтальные силосы цемента с шнековыми питателями и встроенной системой взвешивания, которые также производит компания Элкон.
Модульный принцип, используемый в вышеописанных машинах позволяет выполнить бе-носмесительный узел в точном соответствии с требованиями технологического процесса. Такой подход значительно снижает время монтажа и демонтажа оборудования, скорость ремонта, вышедших из строя узлов посредством замены неисправного модуля на исправный. Последнее позволяет обеспечить практически непрерывное производство высококачественных бетонных смесей при любых условиях работы [7].
Дорожный цементобетон — смесь, состоящая из подготовленного зернистого материала (щебня, песка, гравия), цемента, воды и специализированных добавок, образующаяся в результате смешивания вышеприведенных материалов модульным смесительным узлом [8]. В качестве вяжущих материалов при укладке дорожных покрытий применяют портландцементы с минеральными добавками. Из крупных заполнителей используют щебень и гравий, максимально допустимая крупность которых составляет 20 мм. В качестве более мелкого заполнителя применяют песок.
Цементобетонная смесь должна соответствовать требованиям и условиям стандартов. Производство высококачественного бетона требует применения качественных компонентов. При производстве бетонной смеси важно обеспечить однородность, удобоукладываемость и рациональный водоцемент-ный состав. Важно учитывать переменную влажность песка, что предопределяет установку автоматического контроля влажности. Для повышения производительности необходимо установить рациональную продолжительность перемешивания и методы определения готовности смеси.
В бетоносмесителях принудительного действия смешивание компонентов происходит за счет взаимно пересекающегося движения лопастей, вызывающих турбулентное движение, которое в свою очередь, повышает качество готовой смеси. При оценке качества смеси можно использовать число Рейнольдса [9]. В случае, когда расчетный показатель превышает допустимое значение параметра, указывающего на турбулентное движение, можно судить о качестве готовой смеси.
В мировой практике применяются две основные технологии устройства цементобетонных покрытий — американская и европейская. В соответствии с европейской прокладываются двухслойные покрытия, а по американской — однослойные [10]. Данные технологии подразумевают необходимость в своевременной поставке качественного цементобетона с требуемыми характеристиками и в достаточном объеме. Преимущества первой технологии — создание дополнительного слоя со специальными техническими и эксплуатационными характеристиками, который можно назвать слоем износа, что предъявляет к бетону высокие требования. При укладке дорожного полотна в один слой, как делают в США, технология работы упрощается, растет производительность и упрощается логистика поставки бетонной смеси. При однослойном покрытии используются специальные бетоноукладоч-ные комплексы, например, Gomaco. Следует отметить, что укладка такой дороги с использованием упомянутых раннее технологических комплексов дорого весьма дорого обойдется заказчику. Поэтому предложенный выше бетоносмесительный узел, выполненный из отечественных комплектующих, на базе КАМАЗа с затратной точки зрения является более приемлемым вариантом.
В заключении необходимо отметить, что при строительстве цементобетонных покрытий дорог наиболее актуальным является вопрос выбора технологии укладки полотна и подбора технологиче-
03
г
м О
-I
м
Э СО
I
<и ю га и н и (и т га ¡е
X °
И
I 4
Л щ
и СО
о н
с л
8 г
и 5
* Я
а Ъ
< и = 5
А й
< С
< .5
СО ¡5
О 2
* а > £
н г
< *
* .о
. I
< I
■ о
ш Ё
ского оборудования, способного выдавать продукт высокого качества. С целью снижения сроков строительства дорог с твердым покрытием целесообразно использовать мобильные бетоносмесительные узлы и укладочные комплексы. Для обеспечения необходимого качества бетона и его компонентов требуется автоматизировать технологию его приготовления и оценки соответствия стандартам.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВСН 139-80 Инструкция по строительству цементобетонных покрытий автомобильных дорог
2. ОДМ 218.3.081-2016 Методические рекомендации по подбору составов цементобетонов для дорожного строительства в различных климатических зонах с учетом экплуатационных условий работы дорожных покрытий
3. Белов В.В., Курятникова Ю.Ю., Новиченкова Т.Б. Технология и свойства современных цементов и бетонов: учебное пособие. Тверь: ТвГТУ, 2013, 252 с.
4. Королев К.М., Малинина Л.А. Актуальные вопросы автоматизации процессов приготовления бетонных смесей. М.: НИИЖБ, 1998, 130 с.
5. Тихонов А.Ф. Автоматизация контроля качества изделий из бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 300 с.
6. Горяйнова П.О., Кайтуков Б.А., Скель В.И. Разработка унифицированных механизмов приводов бетоносмесителей принудительного действия // Вестник БГТУ им. Шухова 2019. №4. С. 151-155.
7. Дейн Ф., Оргасс М. Влияние технологии приготовления бетонной смеси на характеристики высококачественных бетонов // Бетонный завод. 2006. №1. С. 42-46.
8. Пономарев А.А. Внедрение новых технологий и материалов в строительстве автомобильных дорог // Автомобильные дороги 2021. № 3. С. 86-88.
9. Теличенко В.И., Кайтуков Б.А., Скель В.И. К вопросу прозводительности роторных бетоносмесителей // Вестник БГТУ им. Шухова 2017. №2. С. 178-180.
10. Хитров С.С. Внедрение технологий строительства автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями в России // Цемент и его применение 2021. №1. С. 86-91.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Б.А. Кайтуков, А.А. Парусов. Повышение качества бетонных покрытий при строительстве дорог. — Системные технологии. — 2021. — № 40. — С. 71—74.
IMPROVING THE QUALITY OF CONCRETE COATINGS IN ROAD CONSTRUCTION
B.A. Kaytukov, A.A. Parusov
Moscow State University of Civil Engineering
Abstract.
Based on the analysis of the state of highways in the Russian Federation, made conclusions about the need to increase the pace of construction and development of road infrastructure with the use of hard coatings. There are also several options for the construction of similar roads, taking into account technological features. Depending on these options, the technology of laying the pavement in one layer is proposed, a technological complex and a mobile concrete mixing unit with a
Key words.
Roadbed, cement concrete, mobile concrete units, modular layout, technology for the production of high-quality concrete, technological complex for the construction of concrete roads. Date of receipt in edition: 11.08.21 Date o f acceptance for printing: 15.08.21
modular layout are presented.
The problem of mixing cement concrete components in forced planetary mixers is considered. The selection of the most rational layouts of the concrete assembly was made using elements and assemblies made by domestic manufacturers. A method for assessing the quality of concrete using the Reynolds number is proposed.
