CC BY
65
УДК 625.7
ПОВЕРХНЕВ1 ОБРОБКИ З АРМОВАНИХ ЦЕМЕНТОБЕТОННИХ
СУМ1ШЕЙ ТИПУ НРСМ
В.К. Вирожемський, к.т.н., заст. дир. з науковоТ роботи, К.В. Краюшкша, ст. наук. сшвроб., ДерждорНД1
Анотацш. Описано е новий тип тонкошарового покриття. Вперше в Укра'ш запропоновано улаштування тонкого бетонного шару на нежорсткому покриттi, яке в данному випадку служить основою i , при цьому, вiдбуваеться покращення зчтних властивостей iснуючого асфальтобетонного покриття. Дисперсне армування за рахунок введення волокон пiдвищить мщтсть, зсувосттюсть I довговiчнiсть дорожнього покриття.
Ключовi слова: тонкошарове покриття, бетонна сумш, фiбра.
Вступ
Динашка розвитку автомобшьного транспорту така, що кожен piK здшснюсться приргст штенсивносп руху, пвдвищення навантаження на Bicb i загально! маси транспортних засобiв.
Актуальнiсть розробок НРСМ-покриття
Це призводить до швидкого руйнування матеpiалу покриття i дорожнього одягу в цшому, замiсть нормативних 16 - 18 рошв, покриття працюють
3-4 роки. Оскшьки найбiльш поширеним матеpiалом е асфальтовий бетон, то перспективними розробками е ri, що пвдвищують його надшшсть, шорстк1сть i довговiчнiсть.
Для цього в ДерждорНД1 проводяться роботи в дешлькох напрямках, головним з яких е покращення тpанспоpтно-експлуатацiйних
характеристик покриття за рахунок улаштування на юнуючому асфальтобетонному покритл тонкого цементобетонного шару з покращеною шорстк1стю i мщшстю.
Необхiдно вiдмiтити, що ця технолопя розробляеться в Укра!ш вперше i проводиться згiдно iз завданням мiжнаpодно! програми «Економiчна оцiнка довговiчних дорожшх покритпв», яку очолюе центр «Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)», Joint Transport Research Centre у Франци. З 2005 року ДерждорНД1 бере участь у склащ робочо! групи вiд Укра!ни в цш пpогpамi.
М1жнародна назва такого покриття НРСМ (High Performance Cementitious Materials) - високомщне тонкошарове бетонне покриття товщиною 8-9 мм, армоване металевими, полiмеpними або базальтовими фiбpами довжиною не бiльше 5 мм. Щдвищення зчiпних властивостей
обумовлюеться нанесенням на бетонну поверхню кам'яного матерiалу фракцiею 3 - 5 мм.
Дослщження НРСМ-покриття
Зпдно з завданнями мiжнародно! програми, НРСМ-покриття покращують фрикцшш властивостi iснуючих асфальтобетонних покриттiв, забезпечують !х довговiчнiсть i працездатнiсть.
Дослщження, що виконувались, були подiленi на калька етапiв:
1. Збiр шформаци про можливiсть улаштування жорсткого бетонного тонкошарового покриття на нежорстку основу, якою служить юнуюче асфальтобетонне покриття.
2. Вибiр складових компонентiв бетонного покриття, тобто фiбри, кам'яного матерiалу i безпосередньо визначення оптимального складу бетонно! сумгш.
3. Проведення лабораторних дослiджень щодо визначення фiзико-механiчних властивостей пщбрано! бетонно! сумшг
4. Розробка технологи нанесення на iснуюче асфальтобетонне покриття.
5. Склад бетонно! сумiшi такий: цемент, кварцовий пил, суперпластифiкатор у виглядi порошку (типу полiкарбоксилу) i вода. При виборi фiбри для дисперсного армування за основу членами робочо! групи були взяп фiбри металевi d = 0,2 мм, довжиною до 13 мм; та РVA-фiбри d = 0,33 мм та довжиною до 15 мм.
Результати лабораторних дослщжень, проведених у Франци у лабораторп LCPC, наведеш в табл. 1.
Таблиця 1 Властивосп бетонно! сумiшi з 1 % сталевих фiбр■ 1 % PVA^i6p та вихiдноí неармовано! сумiшi
Найменування показникш Неармована сумiш 1 % сталевих фiбр 1 % PVA-фiбр
Осадка, см 16,0 14,0 11,5
Вмют пустот; % 6,3 5,8 4,2
Мщщсп> на стиск, МПа 138 172 210
Мшщстъ на згин 24,9 23,5 28,5
Модуль пружностi, МПа - 42,5 48,5
Результати проведених дослвджень показали, що значения з PVA-фiбрами не поступаються складу бетонно! сумiшi з металевими фiбрами, а за мщшстю е дещо збiльшеними. Таким чином, PVA-волокна можна було рекомендувати для подальших поглиблених дослвджень.
Цi дослщження включали випробування морозостiйкостi, втомлюваностi, опору стирання та колiеутворення.
Випробування морозостшкосп проводилися Датським дорожнiм iнститутом DRI за Шведським методом SS 137244.
Зразки герметизували й iзолювали з уах бок1в, крiм зовшшньо! поверхш, яка буде випробовуватись. 3 % розчин №С1 товщиною 3 мм укладали на мерзлу поверхню i установлювали в холодильну установку, де зразки витримувались при температурi ввд +20 °С до -20 °С i знов до + 20 °С протягом 24 годин.
Циктв заморожування-вiдтаювання взагалi було 112. Випробування показали, що ввдшарування немае, тобто матерiал е морозостiйким i ризику викришування щебiнок не iснуе. Дослвдження на морозостiйкiсть проводились з додаванням рiзно! кiлькостi фiбр ввд 1 до 3 %.
Пiсля проведених дослщжень було визначено, що значення морозостiйкостi вище у складiв з додаванням PVA-волокон i збiльшуються iз збiльшенням циклiв заморожування-ввдтаювання, нiж у склащв з введенням металевих фiбр. Оптимальна к1льк1сть PVA-волокон - 3 %.
Випробування на втомлювашсть проводились в Шмеччиш в BASTi. Для того, щоб випробувати достатньо тонкий шар зносу на ошр великш кiлькостi ввдхилень, що повторюються, в лабораторiях кра!н-учасниць була проведена серiя випробувань на згин.
Мета дослвдження - визначити щiльнiсть матерiалу, особливосл поведiнки волокон рiзного походження на дш велико! кiлькостi циклiчного навантаження.
Тут проводилось П0рiвняння дП двох тишв фiбр сталевих та PVA. Випробування виконувались з додаванням у сумш фiбр у кiлькостi 2 % на зразках - балочках з розмiрами 10 х 50 х 1000 мм з завданим прогином посерединi■ величиною 1 мм. Це вщхилення приблизно вiдображуe середнiй прогин, що ввдбуваеться при про!зд автомобшв по дорозi■ збiльшений у 3 рази.
Результати представлен у виглядi значень еквiвалентного модуля пружностi як функцп кiлькостi циклiчного навантаження, що прикладаеться. Вихвдний модуль пружностi на 28 день складае HPCM з 2 % металевих волокон - 38 МПа; НРСМ з 2 % з PVA - 36 МПа. Причому зменшення модуля пружносп вiдбуваеться пiсля першого мiльйону прогишв, у сталевих фiбр це виражено бiльш■ н1ж у P VA.
Зменшення модуля пружносп призведе до утворення мiкротрiщин■ але подальшi стабiльнi значення сввдчать, що значного погiршення модуля пружносп не вщбуваеться, тобто розвитку трщин i подальшого руйнування теж не ввдбуваеться.
Незважаючи на нижчi значення з PVA-волокнами, можна стверджувати, що обидва типи волокон можна рекомендувати для застосування в сумшг
Оцiнка опору зносу бетонного покриття з фiбрами рiзного походження було проведена в США, Turner Fair bank Highway Research Centre. Для оцшки опору зносу поверхш i стирання тд впливом руху транспорту було проведене випробування на утворення колшносп тд рухом колеса при заданих температурi i кутi повороту колеса. Для порiвняння використовувались зразки без введення фiбри.
Випробування на колшшсть найбiльш ввдображае тi динамiчнi навантаження, що виникають пiд рухом транспорту, i дае можливiсть записати будь-як1 змiни геометричних характеристик поверхш. Випробування проводили при температурi зовшшнього середовища +20 °С, з навантаженням 0,6 МПа. Кiлькiсть циклiв - 1000.
Результати випробувань показали, що у бетонних покритпв зниження маси вщбуваеться менш iнтенсивно■ н1ж у контрольних асфальтобетонних зразшв, що пояснюеться введенням фiбри. Практично однаковий знос у складi з додаванням металевих i PVA-волокон. Це ще раз пвдтверджуе, що цi типи волокон придатш для використання.
При улаштуванш НРСМ в свiжоукладену бетонну сумш з фiбрами укладають щебiнки на половину !х товщини i прикочують металевим цилiндром (легким котком).
Таблиця 2 Результата дослшжень. проведених в ДерждорНД1
Склад бетонно! сумш! з ф!брами р!зного походження
Найменування показнишв Вихщна З металевими З PVA- З базальтовими
сумш ф!брами ф!брами ф!брами
М1цн1сть на стиск. МПа
через д16 твердшня 1 8.0 8.5 9.0 9.8
3 11.2 11.8 11.9 12.5
7 28.8 29.1 30.2 31.3
14 31.6 32.6 31.8 33.2
28 37.0 38.0 39.0 39.9
60 41.3 42.5 42.6 43.0
Мщшсть на розтяг при
розкол^ МПа. при
руйшвному наваитаженнi 2700 кгс 2.86 2.9 3.1 3.34
Водопоглинання. % 5.3 3.8 3.6 2.8
Водонепрошкливють. МПа 5.5 6.0 7.0 8.0
Коефщент морозостшко-
ст1. тсля цикл1в
100 0.81 0.97 0.98 0.98
200 0.74 0.94 0.96 0.95
300 0.68 0.86 0.91 0.92
В УкраЫ в ДерждорНД проводились дослвдження з розробки довгов!чного бетонного тонкошарового покриття товщиною 10 мм. З використанням PVA-фiбр. сталевих ф1бр 1 надтонких базальтових ф1бр. отриманих при переробщ базальтово! прсько! породи. шляхом терм1чного плавлення при температур! близько 800 °С. Склад бетонно! сум1ш1 був такий: цемент марки М-400; п1сок 1з ввдаву дроблення; щеб1нь граштний; вода. Водоцементне ствв1дношення 0.5.
Зразки досл1джувались за методиками 1 нормативними документами. що д1ють в Укра!ш. на стиск. розтяг при розкол!. морозост1йк1сть (100. 200. 300 цикл1в заморожування та в1дтаювання у 5 % розчит NaQ). водонепроникн1сть та водопоглинання. Результата досл1джень наведен! в табл. 2.
Висновки
Проведен! досл1дження показали:
В Укра!т вперше був апробований новий сучасний матер1ал для суц1льного нанесення на юнуюче покриття з метою зб1льшення шорсткост! 1 довговiчностi дор!г ! тротуар!в. У порiвняннi з поверхневою обробкою використання НРСМ зб!льшуе довгов!чшсть покритпв на 20 - 30 % з
покращенням транспортно-експлуатац!йних показнишв на 30 - 35 %.
Таким чином. НРСМ е новий тип тонкошарового покриття. осшльки жорсткий шар товщиною 10 мм укладаеться на нежорстку основу ! при цьому ввдбуваеться покращення зчшних властивостей юнуючого асфальтобетонного покриття у будь-яку пору року.
Склад бетонно! сумш! НРСМ з введенням базальтових волокон показав найвищ! результата при проведенш стандартних випробувань. необхвдно провести 61льш поглиблет випробування.
Дисперсне армування за рахунок введения PVA або базальтових волокон тдвищить мщшсть. зсувостшшсть ! довгов!чшсть дорожнього покриття.
Для Укра!ни використання базальтових волокон е бшьш перспективним направленням. тж РVA та металев! волокна. тому що наша кра!на мае найб!льш! родовища базальту у всьому св1т1. тому цей напрямок е щкавим ! необхщним.
Рецензент: В.К. Жданюк. професор. д.т.н.. ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 8 серпня 2006 р.
