Новое поколение бетона для строительства дорог

Новое поколение бетона для строительства дорог


К.В. КИСЕЛЕВ
, кандидат наук; Ф. КЛУДА, Director International Account Coordinator Penetron International Ltd

Автомагистрали являются важнейшей частью инфраструктуры любой страны. Они соединяют города и поселки, обеспечивают торговый и социальный обмен и, как правило, обеспечивают большинство грузовых и пассажирских перевозок. Надежная дорожная инфраструктура и ее качественное обслуживание в соответствии с установленными регламентами – залог роста экономики и развития любого территориальной единицы: сообщества государств, отдельной страны, региона, муниципалитета. Именно поэтому все субъекты, причастные к дорожному строительству, стремятся к оптимальному сочетанию множества факторов: цена строительства, простота технологии прокладки дороги, срок строительства, цена обслуживания, срок службы и т.д. Уже достаточно долгое время в самых разных странах выбор чаще всего происходит между асфальтовыми и бетонными дорогами. При этом, из-за высоких затрат на техническое обслуживание асфальтовых дорог и их относительно короткого периода службы (в среднем 15-20 лет), бетонные дороги становятся все более популярными.

Highways are an essential part of any country’s infrastructure. They connect cities and towns, provide trade and social exchange and generally provide the majority of freight and passenger traffic. Reliable road infrastructure and its high-quality maintenance in accordance with established regulations are considered to be the key to economic growth and development of any territorial unit: a community of States, a separate country, region or municipality. That is why all entities involved in road construction strive for an optimal combination of many factors: the construction price, the simplicity of the road construction technology, the construction period, the maintenance price, the service life, etc. For quite a long time, in various countries, the choice is most often between asphalt and concrete roads. At the same time due to the high maintenance costs of asphalt roads and their relatively short service life (on average 15-20 years), concrete roads are becoming more popular.

В 2015 г. министр промышленности и торговли РФ Д. Мантуров поддержал предложение одного из руководителей холдинга «Евроцемент» М. Скорохода о постепенном переходе на бетонные технологии при строительстве дорог. В апреле 2016 года Д. Медведевым было подписано постановление, которым предусматривался постепенный переход в строительстве дорог на бетон. К 2030 г. предполагалось строить 50% цементобетонных дорог от общего количества прокладываемых магистралей.

В 2019 г. Минтрансу, Минстрою, Минпромторгу и Минэкономразвития России премьер-министром было поручено разработать и внести в Правительство РФ предложения по увеличению объемов строительства дорог с применением цементобетонных покрытий. Эти и иные решения закономерно стали менять ситуацию в дорожном строительстве. Однако изменения пока происходят достаточно медленно. В середине 2019 года в России было построено и функционировало 22 тыс. км бетонных дорог, что составляет всего 2% от общей протяженности дорог, которые можно было бы строить из бетона.

Преимущества

Бетон является одним из самых универсальных строительных материалов. Он более прочный и поэтому имеет длительный срок службы. В среднем 30-50 лет для бетонных дорог – абсолютная норма, что в два-четыре раза больше срока службы асфальтовых дорог. И несмотря на то, что бетонные дороги, по нашим расчетам, изначально примерно на 20% дороже, общая стоимость их жизненного цикла (то есть с учетом вложений в обслуживание) по сравнению с асфальтовыми минимум на 20-25% дешевле. Еще более оптимистичные расчеты делает Росавтодор. По мнению специалистов этой корпорации, цементобетонная трасса дороже асфальтобетонной всего на 10%, но с учетом расходов на обслуживание на последующие 25 лет «бетонка» оказывается дешевле на 40%1. Отсюда и рост популярности бетонных дорог.

Например, стоимость строительства, включая реконструкцию, ремонт и техническое обслуживание автомагистралей и улиц в США в 2017 году составила около $70,3 млрд. Если же рассматривать в абсолютных цифрах, характеризующих объемы строительства, то, по данным American Concrete Pavement Association, объем национального рынка бетонных покрытий в 2019 г. вырос примерно на 7% – до 51,2 млн кубических ярдов (39,1 млн м3) в сравнении с 48 млн кубических ярдов (36,7 млн млн м3) в 2018 году.

В Азии правительство Индии, управляющее второй по величине дорожной сетью в мире (5,89 млн км), объявило в 2014 году, что из-за проблем с прочностью и обслуживанием преобразует 100% своих дорог и автомагистралей в бетонные дороги. К 2022 году уже будет завершено строительство более 65 000 км многополосных бетонных супермагистралей.

Рис. 1. Типичная структура бетонной дороги (поперечное сечение)

Помимо долговечности и низкой стоимости в обслуживании на протяжении жизненного цикла бетонные дороги обеспечивают дополнительные преимущества в отношении безопасности, ремонта и расхода топлива. Назовем лишь некоторые:

– бетонные дороги менее подвержены продавливанию колеи, которая в условиях жаркой погоды и интенсивного движения тяжелого автотранспорта становится отчетливо заметной на асфальтовых дорогах уже через несколько лет эксплуатации;

– бетонные дороги обеспечивают более короткий тормозной путь даже в сырую погоду;

– простота технического обслуживания бетонных дорог способствует уменьшению времени дорожных работ, которые могут стать потенциальными зонами опасности;

– меньшее количество простоев дорожного полотна из-за меньшего закрытия полос движения для необходимого текущего технического обслуживания способствует плавному транспортному потоку;

– на бетонных дорогах снижается и расход топлива прежде всего у грузовых автомобилей (некоторые исследования показывают экономию в 15-20%), так как бетонное дорожное покрытие не прогибается под колесами тяжелых транспортных средств.

Структура бетонной дороги

Одним из аргументов противников строительства бетонных дорог является необходимость точного соблюдения технологии, что значительно увеличивает время строительства дорог. Действительно, эта проблема существовала до последнего времени, но сегодня разработаны и применяются технологии достаточно быстрой укладки всех элементов бетонных дорог в весьма краткие сроки, ничем не отличающиеся от времени прокладки дорог с асфальтовым полотном.

Бетонные дороги обычно состоят из уплотнительной подушки, основу которой составляет существующий грунт, при необходимости – гранулированной основы, основного бетонного покрытия и поверхностного бетонного слоя. Поверхностный слой, как правило, является многосоставным, чтобы обеспечить устойчивость в условиях смены температурных циклов, и усиливается тем или иным видом арматуры.

Угрозы для бетонных дорог

Хотя бетонные дороги имеют более длительный срок службы по сравнению с асфальтовыми дорогами, следует понимать, что бетон также не застрахован от износа. Микротрещины, поры и капилляры делают бетон проницаемым материалом. Через эти поры вода и сопутствующие загрязняющие вещества проникают в бетон. Если не предотвратить этот процесс, то качество бетонного покрытия будет постепенно ухудшаться. Кроме того, бетонные дороги могут подвергаться воздействию суровых климатических условий, сменам циклов замерзания-оттаивания, которые приведут к растрескиванию и раскалыванию бетона. Вода, попав в бетон, при замерзании увеличивается в объеме. Это увеличение составляет около 9%. Без каких-либо возможностей для компенсации этого увеличения объема замороженная вода будет оказывать осмотическое и гидравлическое давление на капилляры и трещины в бетоне. С повышением температуры вода, содержащаяся в структурах бетона, проникает глубже в увеличивающиеся капилляры и микротрещины, где она в конечном итоге вновь замерзает.

Различные виды растрескивания могут также возникать в результате усадки, недостаточного залечивания трещин, напряжений в бетоне, неправильного расположения арматуры, некачественной расшивки, усадки, распирания, щелочных и иных химических реакций. Проницаемый бетон позволяет дорожным солям и другим химическим веществам проникать и ускорять процесс износа бетона, атакуя любую встроенную арматурную сталь.

Бетонные дороги, расположенные в непосредственной близости от моря, подвергаются воздействию хлоридов. Хлориды, проникая в бетон, понижают pH/щелочность бетона. Как только определенный порог концентрации хлоридов вокруг стальной арматуры достигнут, начинается атака на арматуру, вызывающая коррозию. Корродированная сталь расширяется в объеме, оказывает внутреннее давление на бетон, что опять же приводит к растрескиванию.

Дорожный бетон нового поколения – с PENETRON ADMIX

Итак, задача увеличения прочности бетонных дорог связана с предотвращением проникновения воды в бетонную матрицу. PENETRON ADMIX является первой в мире, испытанной и проверенной добавкой для увеличения долговечности бетона дорожного полотна. При добавлении во время замеса PENETRON ADMIX эффективно снижает проницаемость бетона путем самозалечивания микротрещин, пор и капилляров с помощью возникновения нерастворимых кристаллов. Эти кристаллы образуются в результате реакции между химическими компонентами PENETRON ADMIX, водой, гидроксидом кальция и алюминием, а также другими металлами и солями, содержащимися в бетоне. Более того, гидрофильная природа PENETRON ADMIX способствует созданию новых кристаллических образований в новых трещинах, которые могут появиться с течением времени.

Бетон, содержащий PENETRON ADMIX, прочнее необработанного бетона. Обработанные бетоны продемонстрировали повышенную прочность на сжатие и растяжение, что делает их предпочтительными для использования в дорожном строительстве, по сравнению с обычным дорожным бетоном (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Сравнительные показатели прочности на сжатие образцов, обработанных PENETRON ADMIX, и образцов контрольной группы
Рис. 3. Сравнительные показатели прочности на растяжение образцов, обработанных PENETRON ADMIX, и образцов контрольной группы.

Рис. 4. Сравнительные показатели проницаемости для воды образцов, обработанных PENETRON ADMIX, и образцов контрольной группы

При этом PENETRON ADMIX, делая бетон прочнее, специально разработан для снижения его проницаемости. Качество бетонного покрытия, содержащего эту добавку, продемонстрировало значительное снижение проницаемости бетонной матрицы – до 97,6% (в соответствии с законом Дарси). См. рис. 4.

Эксперименты с хлоридами также показали эффективность PENETRON ADMIX. Проникновение хлорида в обработанные образцы более чем на 50% ниже по сравнению с необработанным бетоном (рис. 5).

Рис. 5. Сравнительные показатели проницаемости для хлоридов образцов, обработанных PENETRON ADMIX, и образцов контрольной группы

Итак, уникальные свойства PENETRON ADMIX к самовосстановлению бетона активно поддерживают долговечность и продолжительность жизни бетонных поверхностей. Причем уплотнение новых трещин происходит автономно. Опытным путем доказано, что бетоны, содержащие PENETRON ADMIX, даже в критических условиях продлевают срок службы бетона на 60 и более лет. PENETRON ADMIX был признан претендентом номер один для создания эффективной дорожной инфраструктуры по всему миру многочисленными правительственными ведомствами и частными операторами автомагистралей, желающими увеличить срок службы бетонных дорог, сократить эксплуатационные расходы и увеличить пропускную способность дорог. Фактически бетон с PENETRON ADMIX является бетоном нового поколения строительных материалов.

Penetron International Ltd.
45 Research Way, Suite 203,
East Setauket, NY 11733 USA
Ph: 631-941-9700
Fax: 631-941-9777
E-mail: info@penetron.com
Web: www.penetron.com


1 Росавтодор взялся за развитие цементобетонных дорог. К 2030 году их должно быть 50% // [Электронный ресурс] // URL: https://4r.ru/stati/24881-rosavtodor-vzyalsya-za-razvitie-cementobetonnyh-dorog-k-2030-godu-ih-dolzhno-byt-50-/ (дата обращения: 11.09.2020)