В статье рассмотрено состояние строительства и ремонта дорожного бетонного полотна в России и США. Представлены предложения стройиндустрии в области возведения и ремонта бетонных автомобильных дорог России, которые являются актуальными на ближайшую перспективу развития.

УДК 693

В.П. КУЗЬМИНА, канд. техн. наук, академик АРИТПБ, генеральный директор ООО «Колорит-Механохимия», технический эксперт

Краткая историческая справка. В царской России в 1913 г. в Тифлисе была построена первая дорога с бетонным покрытием. Строительство бетонных дорог было продолжено в 1960-70-е, и большинство из тех дорог все еще не нуждается в капитальном ремонте.

Первая бетонная дорога в США была уложена в 1930 г. в штате Индиана, а затем в штате Иллинойс в 1940 г. В Техасе первое бетонное шоссе появилось лишь в 1951 г. в городе Форт-Ворс. Техасский департамент транспорта (DOT) очень быстро осознал правильность выбранного пути и начал активную укладку бетонных шоссе вдоль и поперек всего штата, и сегодня Техас является лидером в США по протяженности бетонных дорог, имея 20 117 км бетонных шоссе.

Способы строительства, эксплуатации и ремонта дорог различного назначения, а также составы строительных смесей для их возведения и ремонта представляют несомненный интерес для обсуждения. На территории России строят главным образом асфальтовые дороги, на Западе – бетонные, которые служат 50 лет. По статистике их в США – 60%, в Германии – 38%, в Австрии – 46%, в то время как в России всего 3%.

Экономически и технически целесообразно применять износоустойчивый, прочный, долговечный цементный бетон для дорожных оснований и покрытий. Сравнительные расчеты подтверждают, что применение цементного бетона дает довольно большую экономию при условии учета расходов на содержание и текущий ремонт автомобильных дорог.

По словам главы Минпромторга Дениса Мантурова, для госбюджета РФ программа планового перехода на бетонные дороги позволит сэкономить бюджетные средства, увеличить мощности предприятий строительной индустрии, создать дополнительные рабочие места и наконец-то обеспечить комфортные условия езды.

Однако почему бетонное покрытие, например в Техасе, лежит 30 лет без капитального ремонта и колейности, и вообще, почему, собственно, бетон?

Дорожная одежда обычно состоит из следующих конструктивных слоев.

Покрытие – это верхний слой дорожной одежды, который должен быть наиболее прочным, поскольку напрямую контактирует с колесами.

Основание – выравнивающий слой, который предназначен для дополнительного выравнивания полотна, дренажа и защиты от промерзания.

Каждый выравнивающий уложенный слой поливают водой, а затем 35%-ным раствором хлорида кальция (CaCl₂) или известковым раствором. Уложенный слой разрыхляют (как землю боронят), после чего снова трамбуют. Вода скапливается в утрамбованном слое за счет естественной влажности песка и глины, затем вода испаряется, и выравнивающий слой оседает. Для снижения интенсивности процесса оседания подложку поливают известью, которая поглощает воду. Благодаря химической реакции карбонизации извести и образования низкоосновных гидросиликатов кальция, вода не испаряется. Постоянный процент содержания воды в подушке не дает ей проседать. При этом работоспособность подстилающей подушки возрастает на 80% против утрамбованной подушки без поливания известью.

На готовую подушку укладывают и утрамбовывают двойной гидроизоляционный слой асфальта толщиной 5-7 см для предотвращения образования просадок земли и трещин в покрытии. На земле вяжут арматурный каркас из стандартной стальной арматуры диаметром 16 мм и прочностью 413 МПа. Затем на пластмассовые или металлические подставки монтируют каркас под бетонное полотно на 1/3 или 1/2 толщины стяжки от верхнего края, т.е. немного выше середины стяжки.

Таким образом, выбор в пользу бетона обусловлен его достоинствами: способностью выдерживать действие динамических и изгибающих нагрузок, стойкостью к истиранию и агрессивному воздействию атмосферных факторов (замораживанию-оттаиванию, увлажнению-высыханию), высокой прочностью, долговечностью, неприхотливостью к нагрузке и перевесу грузовиков. К недостаткам бетонного покрытия относится проблематичность его укладки и ремонта. После асфальтоукладчика дорога готова к эксплуатации через 8 часов. Для открытия бетонной дороги требуется несколько месяцев работ, но результат оправдывает себя во времени. Поэтому требования к бетонам для дорожных покрытий обычно включают испытания на прочность при сжатии, на растяжение при изгибе, истираемость, морозостойкость, а зачастую и модуль упругости.

В любом случае дорога не может быть закрыта более чем на 30% пропускной способности. Ремонтники хитрят и ремонтируют или строят участки полосами. Сначала делают одну сторону дороги, сдвигая все полосы в другую сторону, а потом пускают поток на построенную дорогу, занимая обочину и середину дороги, и начинают работать с другой стороной дороги. Так же делают и в странах Евросоюза.

Классы дорожного бетона по прочности на сжатие – В5…В40, на растяжение при изгибе – Вtb1,2…Вtb4,0. Прочность и морозостойкость бетона назначают в зависимости от категории дороги, слоя покрытия и климатических условий службы, этими же факторами определяется и необходимое В/Ц отношение (см. табл.). Истираемость дорожного бетона в значительной мере связана с его прочностью на сжатие. Считается, что бетон будет устойчивым к действию абразивных материалов при классе по прочности не ниже В22,5.

Таблица. Рекомендуемые значения прочности и морозостойкости дорожного бетона

Среднемесячная температура воздуха наиболее холодного месяца района строительства, °С	Марка по морозостойкости	Прочность при сжатии, МПа	Прочность при изгибе, МПа	В/Ц бетона, обеспечивающее указанные параметры
Бетон однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий
0…-5	F100	30…50	4…5,5	не более 0,5
-5…-10	F150
ниже -15	F200
Бетон для нижнего слоя двухслойных покрытий
0…-15	F50	25…35	3,5…4,5	не более 0,6
ниже -15	F100

Согласно требованиям ГОСТ 10178, для бетона дорожных и аэродромных покрытий должен применяться цемент на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината (С3А) в количестве не более 8% по массе. Для бетонов используются следующие виды цемента: ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н, а также ПЦ 400-Д20-Н и ПЦ 500-Д20-Н. При этом допускается введение гранулированного доменного шлака в количестве не более 15% в качестве добавки в цемент. Удельная поверхность портландцемента с добавкой шлака для бетона дорожных и аэродромных покрытий должна быть не менее 2800 см²/г.

В качестве мелкого заполнителя для дорожных бетонов рекомендуется применять природные либо искусственные пески с Мкр.≥2. Содержание глинистых и пылеватых частиц в природном песке должно быть не более 2%, в искусственном песке – не более 5%. Прочность щебня из изверженных пород, применяемого для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий, должна быть не менее 120 МПа, из осадочных пород – не менее 80 МПа. Для бетона нижнего слоя двухслойных покрытий – не менее 80 и 60 МПа соответственно. Максимальная крупность зерен щебня для бетона верхнего слоя двухслойных покрытий – 20 мм, для однослойных и нижнего слоя двухслойных покрытий – 40 мм, для бетона оснований – 70 мм.

Для повышения качества бетонной смеси и стойкости бетона против агрессивного действия растворов хлористых солей и мороза в бетонную смесь во время ее приготовления вводят поверхностно-активные добавки. Объем вовлекаемого воздуха назначают из расчета: для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий – 5-6%, а для нижнего слоя двухслойных покрытий – 3,5-4,5%.

Итак, на сегодняшний день в России бетонными являются всего 2% дорог (22 000 км от общей протяженности в 1,4 млн км). При этом значительный сегмент федеральных трасс уже сейчас исчерпал свою пропускную способность. В случае планового строительства бетонных трасс (300-400 км в год) вклад в цементную отрасль будет равен порядка 1-2 млрд рублей.

В России есть все возможности для строительства и ремонта бетонных дорог. И все же – почему их строят мало?