Новые технологии и материалы, которые применяются в дорожном строительстве Украины

В 2020 году на украинских дорогах опробовали множество новых технологий и методов. Некоторые из них – впервые. Площадкой для внедрения инноваций стало выполнение программы «Большое строительство».

О новинках в дорожном строительстве обсуждали на научно-практическом семинаре «Дорожно-строительная площадка будущего», который 27 октября организовал ГП «ГосдорНИИ».

Применение перегружателей для устранения сегрегации

Есть два вида сегрегации (неравномерности распределения материала): температурная и зерновая. 

• Температурная проявляется в наплывах, рыхлостях: как будто дорогу укладывали одним по качеству материалом, а затем вдруг применили другой. Это происходит при остановках асфальтоукладчика, например для загрузки бункера новой порцией. За несколько минут уложенный асфальт успевает остыть, и границу между остывшим и новым горячим уже невозможно устранить. Кроме того, за время, пока горячую смесь везут с завода к месту укладки, внешние слои остывают быстрее, а внутренние – медленнее. Если такой неравномерный по температуре асфальт уложить на дорогу, он ляжет пятнами разной температуры и плотности. 
• Зерновая выглядит как островки с более крупными зернами щебня на фоне плотных – мелкозернистых. Такая неравномерность – следствие опускания мелких зерен вниз при встряхивании в кузове машины. Оно неизбежно при доставке от завода к месту укладки. 

Участки покрытия с сегрегацией – потенциальные концентраторы разрушения. В таких местах возникают трещины. Сквозь трещины внутрь дорожной одежды просачивается вода. Зимой она замерзает, и лед рвет покрытие.

Чтобы ее устранить применяется современная дорожная техника — перегружатели. Асфальт по американской технологии из самосвала выгружается в бункер-накопитель движущегося перегружателя. Из него равномерная асфальтобетонная смесь ленточным транспортером подается в движущийся асфальтоукладчик. Заданное расстояние между машинами поддерживает автоматика. Покрытие получается без сегрегации, идеально ровное.

Шлаки: из отходов – в продукт для дорожного строительства

Современные технологии дают большие возможности для применения шлаков. В дорожном строительстве используют шлаки четырех видов:

1. Доменные. Образуются при производстве чугуна. Можно использовать для засыпки в основания дорог ІII и IV категории. Обычный и гранулированный используется при формировании земляного полотна дорог III и IV категории. 
2. Сталеплавильные – попутный продукт при выплавке стали. Можно использовать для засыпки в основания дорог ІII и IV категории. И мартеновский, и конвертерный используются при формировании земляного полотна дорог III и IV категории. 
3. Ферросплавные. Возникают при производстве ферросплавов. Подходят для укладки основания на дорогах IV и V категории.
4. Золошлаки – продукт сгорания топлива на тепловых электростанциях. Есть несколько видов. Сухую золу можно использовать вместо минпорошка в асфальтобетоне, частично заменять цемент в бетоне (до 5% от массы). И сухую, и влажную золу можно добавлять в щебеночно-песчаную смесь. Золошлаковую смесь применяют для щебеночно-песчаной засыпки нижнего слоя дорожного покрытия и как заменитель заполнителей в цементобетоне – в количестве до 15%. Они применяются методом заклинки.

В асфальтобетоны, битумоминеральные смеси и черный щебень шлаки добавляют вместе с вяжущими. Без вяжущих – в виде щебня, песка и щебне-минеральной смеси шлаки можно применять при устройстве земляного полотна.

Практически все шлаки подходят для отсыпки земляного полотна в виде щебеночно-песчаных смесей или в чистом виде. Гранулированные – как заполнители для основ и покрытий.

Шлаки активно применяют на дорогах: 

— Н-31 Днепр-Решетиловка;

— Н-11 Днепр-Николаев;

— Н-23 Кропивницкий-Запорожье;

— Н-26 Чугуев-Меловое;

— Р-73 (Н-08) Никополь;

— М-18 Харьков-Ялта;

— Н-30 Васильевка-Бердянск и некоторых других.

Бетон – перспективный материал

На ближайшие 5 лет правительство будет стимулировать увеличение удельного веса дорог с бетонным покрытием, прежде всего – в регионах, где сосредоточен основной промышленный и аграрный потенциал страны. Поэтому значительная часть новшеств касается бетонных дорог.

Технология виброрезонансной деструктуризации существующего цементобетонного покрытия

Старые, покрытые трещинами бетонные одежды бесполезно покрывать новым материалом. Разломы будут развиваться вверх, и новое покрытие станет зеркальным отражением старого. Надо только менять строение всей дороги. Либо разрушенный слой снять, либо, что дешевле и лучше для качества – превратить в щебень. Это делают путем виброрезонансной деструктуризации. Она основана на свойстве твердых не вязких материалов крошиться от вибрации.

Самоходная машина, которая применяет такую технологию, называется вибрационным бетоноломом. Балка его рабочего органа с частотой 44-48 Гц и амплитудой 2 см бьет по дороге. Удары – сравнительно небольшой силы (до 10 кН).

Бетонная плита входит в резонанс и быстро крошится до щебня. А у щебня резонансная частота колебаний значительно выше, потому низкочастотная вибрация ему не вредит. 

После прохождения виброрезонатора раздробленный материал уплотняют катками и покрывают асфальтобетоном.

Укатываемый бетон

При строительстве автодорог все чаще применяется технология укатываемого бетона. Покрытие из этого материала укладывает не стандартный бетоноукладчик, а специальный асфальтоукладчик. Он оборудован брусьями высокой трамбовки и с первого прохода дает бетону плотность от 90 до 96%. Оставшиеся проценты до 100 добавляет виброкаток.

Жесткая (укатываемая) бетонная смесь отличается от литой только меньшим содержанием воды. Для нее не нужны дорогие бетоноукладчики, можно обойтись асфальтоукладчиками. Построенным по этой технологии дорогам не нужен каркас, опалубка. Их отсутствие и меньший расход воды существенно удешевляют строительство. Кроме того, сокращается срок отвердевания покрытия.

Уплотнение бетона виброрейкой

Для прочности литого бетона важно не только правильно выдержать состав смеси, но и убрать пустоты (воздушные карманы), которые возникают при заливке. 

Ученые ГП «ДерждорНДІ» рекомендуют для этого использовать виброрейку, которая широко применяется в гражданском и промышленном строительстве. Это сравнительно недорогой и производительный инструмент. На металлической раме из пустотелых профилей закреплен двигатель с эксцентриками. При их вращении рабочий орган вибрирует и передает колебания смеси. Такую обработку может выполнить даже неквалифицированный рабочий. 

После уплотнения виброрейкой порядок ухода за материалом обычный.

Непрерывно армированный бетон

Непрерывно армированный бетон – это литое покрытие, скрепленное неметаллической композитной арматурой (CRCP). Такая арматура имеет ряд преимуществ перед стальной:

• Очень легкая – в 4 раза легче, чем такая же по прочности стальная.
• Более прочная. При одинаковом сечении имеет прочность на разрыв в 2,5-3 раза больше обычной.
• Термостойкая. В диапазоне от -70° до +100° С не меняет свойств.
• Химически стойкая – безразлична к воздействию агрессивных химических средств.
• Не подвержена коррозии.
• Может служить 50-80 лет – в 2-3 раза больше, чем стальная.

Использование CRCP позволяет уменьшить толщину бетонной плиты на 20%. Это приводит к прямой экономии материалов – цемента, щебня и т.п. 

Важное преимущество дороги с CRCP – отсутствие термошвов. Благодаря этому, меньше шум при езде и риск проникновения воды в толщу покрытия. Нет необходимости периодически обрабатывать швы защитной мастикой.

Основа для изготовления композитной арматуры – базальто- и стеклоровинг.

Украинские ученые предлагают использовать цементобетонное покрытие с непрерывным армированием на одной из дорог в Николаевской области. Проект сейчас проходит экспертизу. Эту технологию планируют включить в проекты предстоящих работ. Порядок проектирования и изготовления конструкций с такой арматурой определен ДСТУ-Н Б В.2.6-185:2012.

Технология Whitetopping

Вайттопинг – это укладка слоя цементобетона на существующее асфальтобетонное покрытие. Он бывает ультратонкий – 50-100 мм, тонкий – 100-200 мм, обычный – более 200 мм. Эта технология еще не применялась в Украине. Сейчас ученые «ГосдорНИИ» ведут научные разработки, чтобы в скором времени применить метод на отечественных дорогах.