Древесина в дорожном строительстве

Обновлено: 05.07.2024

Древесина в дорожном строительстве

Для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и железнодорожного полотна применяют разнообразные природные и искусственные дорожно-строительные материалы.

К природным материалам относятся такие материалы, которые добываются в верхних слоях земной коры и используются после несложной механической обработки для придания частицам материала нужных размеров, формы и состояния поверхности (песок, глина, щебень, гравий, природный асфальт и др.). Искусственные материалы изготавливают из природного сырья или отходов промышленности путем их обработки по специальной технологии, способствующей образованию новых материалов с другими, чем у исходных, свойствами (цемент, битум, цементобетон и др.).

Если дорожно-строительные материалы получены из местного исходного сырья и из отходов промышленности, то они называются местными (песок, гравий, шлак и др.) и более дешевы в строительстве, чем привозные. Но так как от качества применяемых материалов, так же как и от качественной технологии строительства дорог, в конечном счете зависит долговечность дорожных одежд, применение менее качественных местных материалов может быть оправдано не всегда.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Основой природных материалов являются рыхлые осадочные горные породы, которые в результате длительного воздействия переменных температур, размыва водами и выветривания разрушаются до определенного состояния, образуя в зависимости от величины частичек, примесей и влаги так называемые грунты, обладающие различными свойствами.

Глинистые грунты. Состоят в основном из глины, но содержат незначительные примеси песка, практически водонепроницаемы. Могут применяться в земляном полотне в сухих местах, так как при насыщении водой размягчаются и теряют несущую способность.

Пылеватые супесчаные грунты. Те же супесчаные грунты, но отличаются большим содержанием песчаных частиц (до 50% по массе). При переувлажнении теряют несущую способность. Могут накапливать влагу в зимних условиях с образованием пучин. Применимы в насыпях только в сухих местах.

Грунты разрабатываются автогрейдерами либо в естественном состоянии при его залегании в массиве, либо в рыхлом состоянии при отсыпке на дорожное полотно. В любом случае чем выше плотность грунта, тем труднее он подвергается разработке, а следовательно, требует больше энергозатрат.

Плотность грунтов в свою очередь зависит от содержания в них воды: больше воды — выше плотность грунта. Отношение массы в % к массе сухого грунта, в котором она содержится, называется влажностью.

Более связные грунты труднее подвергаются обработке, чем несвязные. А связные да еще влажные грунты требуют еще больших энергозатрат.

Производительность землеройной техники зависит еще и от того, насколько увеличивается объем грунта при его разработке. Для оценки этого явления служит так называемый коэффициент разрыхления, т. е. отношение объема разрыхленного грунта к его объему в плотном массиве. Каждому виду грунта соответствует свой коэффициент разрыхления (от 1,1 в песке и супеси до 4,4 в суглинке).

Цемент. Относится к минеральным вяжущим материалам водного твердения. Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее, полученное тонким помолом цементного клинкера, минеральных добавок и природного гипса. Основным свойством портландцемента является его способность затвердевать при растворении водой, превращаясь в камневидное тело. Это свойство зависит от состава добавок и тонкости помола клинкера.

Битумы. Относятся к органическим вяжущим материалам, представляют собой группу природных и искусственных твердых, пластичных или жидких веществ, состоящих из смеси органических высокомолекулярных соединений (ароматические углеводороды и их производные).

При строительстве дорожных и аэродромных покрытий используются искусственно получаемые из нефти дорожные вязкие битумы марки БНД (битумы нефтяные дорожные), марки БН (битумы нефтяные) и жидкие битумы марок БГ (быстрогустеющие), СГ (среднегустеющие) и МГ (медленногустеющие).

Природные битумы по качеству бывают лучше нефтяных. Их месторождения встречаются на Кавказе, в Крыму, в Сибири, в Средней Азии.

В дорожном строительстве широко применяют грунты, каменные материалы, минеральные и органические вяжущие вещества и полученные на их основе искусственные материалы — укрепленные грунты и цементобетонные, асфальтобетонные смеси. От качества этих материалов во многом зависят не только прочность и долговечность, но и экономичность дорожных конструкций, так как в общей стоимости строительства автомобильных дорог и мостов расходы на строительные материалы составляют свыше 60%.

Грунтом называется горная порода, слагающая верхние горизонты земной коры, затронутые физико-химическими процессами выветривания. Грунт является сложным телом, состоящим при положительной температуре из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. При отрицательной температуре в состав грунта входит также лед. Твердая фаза представляет собой смесь минеральных частиц и органических примесей; жидкая состоит из воды с растворами различных солей; газообразная — из смеси воздуха, некоторых газов и водяного пара.

Грунтовый скелет состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц. К песчаным относят частицы диаметром от 2 до 0,05 мм, к пылеватым — частицы диаметром от 0,05 до 0,005 мм, к глинистым — частицы диаметром менее 0,005 мм. Грунты, содержащие не менее 82% песчаных частиц и не более 3% глинистых, называют песчаными грунтами. Грунты, в которых содержится более 25% глинистых частиц, являются глинистыми. К супесчаным относятся грунты, содержащие не менее 50% песка и от 3 до 12% глины; к суглинистым— грунты, содержащие от 12 до 25% глинистых частиц. Если в грунте содержится пылеватых частиц больше, чем песчаных, то к названию грунта прибавляется слово пылеватый.

Песчаный грунт является хорошим материалом для возведения земляного полотна. Он легко разрабатывается, хорошо уплотняется и незначительно снижает прочность при увлажнении. Недостатком песчаных грунтов, особенно легких песков, является их плохое сопротивление размывающему действию текущей воды. Для предотвращения размывания водой откосы полотна требуют уплотнения.

Супесчаные грунты пригодны для устройства насыпей — легко разрабатываются и уплотняются, сохраняют устойчивость при повышении влажности.

Суглинистые грунты широко используют при возведении земляного полотна. Однако во время увлажнения прочность их значительно снижается и становится меньше прочности песков и супесей.

Глинистые грунты обычно применяют для возведения высоких насыпей в сухих местах. При увлажнении прочность глин значительно снижается по сравнению с остальными видами грунтов.

Перед разработкой грунтов необходимо установить возможность их использования для возведения насыпей. Насыпи возводят в основном из песчаных и супесчаных грунтов. Суглинистые грунты применяют для нижних слоев насыпей (ниже 0,9—1,2 м от поверхности проезжей части). Возводить насыпи из жирных глин не рекомендуется, так как трудно дробить комки и уплотнять эти грунты до монолитного состояния.

Чтобы оценивать грунты как среду для земляных работ, необходимо знать их основные физико-механические свойства: объемную массу, плотность, разрыхляемость, влажность, связность.

Объемной массой грунта называется масса единицы занимаемого им объема при естественной влажности, включая объем, занимаемый минеральными частицами и порами. Обычно объемная масса выражается в кг/м3 и изменяется у грунтов в среднем от 1000 до 2500 кг/м3.

Плотностью грунта удобно пользоваться при оценке степени уплотнения. Плотность определяется массой твердой фазы грунта в единице объема и выражается в г/см3. После уплотнения плотность грунтов составляет 1,4—1,7 г/см3.

Разрыхляемостыо называют способность грунта увеличиваться в объеме в процессе разработки. При разрыхлении соответственно уменьшается объемная масса грунта. Коэффициент разрыхления характеризует отношение объема разрыхленного грунта к объему,, который он занимал в естественном залегании. В зависимости от вида грунта, его влажности и способа разработки средние значения коэффициента разрыхления колеблются в пределах 1,08—-1,32 (большие значения относятся к глинистым грунтам).

Влажность грунта — отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе твердых частиц, составляющих грунт, выраженное в процентах. Влажность бывает различной для одних и тех же грунтов. При заполнении водой менее 1/3 объема пор грунты считаются сухими; при заполнении от 1/3 До 2/3 объема пор — влажными и при заполнении более 2/3 объема пор — мокрыми.

Связность — это основная прочностная характеристика грунта. Ее определяют по удельной силе сцепления грунтовых частиц между собой. Сцепление грунта при одной и той же влажности повышается с увеличением степени уплотнения, а при одинаковой плотности понижается с увеличением влажности. Удельная сила сцепления грунтов изменяется в пределах от 0,1 до 1 кгс/см2.

Трудность разработки грунтов имеет большое значение при строительстве автомобильных дорог. По трудности разработки грунты разделяются на XI основных групп: I группа — наиболее легко разрабатываемые грунты (легкие), II — средние, III — тяжелые, IV скальная предварительно разрыхленная порода, V—XI — разные твердые породы.

Каменные материалы для дорожного строительства получаю1!1 из горных пород путем их механической переработки в карьерах или на камнедробильных заводах.

По геологическому происхождению различают изверженные (магматические), осадочные (пластовые) и метаморфические (видоизмененные) горные породы.

К изверженным горным породам относятся граниты, диориты, диабазы и прочие кристаллические образования, которые возникли в результате застывания и кристаллизации магмы.

Осадочными породами являются известняки, песчаники и ракушечник. Они образовались путем осаждения веществ из водной среды рек, морей и океанов. Прочность осадочных пород ниже, чем у изверженных.

Метаморфическими породами называются те, которые образовались из изверженных и осадочных пород под влиянием высокой температуры и большого давления. К ним относятся мрамор, гнейс, кварциты.

Для устройства проезжей части и приготовления цементобетон-ной смеси используют гравий, щебень и песок.

Гравием называется осадочная рыхлая порода, образовавшаяся в результате естественного разрушения горных пород и состоящая из различных по крупности окатанных обломков минералов. По происхождению различают ледниковый, речной, озерный, морской, горный и овражный гравий. Если гравий содержит более 50% песка, то такой материал называется гравийно-песчаной смесью. Гравий, получаемый после грохочения и отделения песка, называется сортовым и разделяется на следующие фракции (ГОСТ 8268—74): крупный с размерами зерен 70—40 мм; средний 40— 20 мм; мелкий 20—10 мм; гравийная мелочь 10—5 мм.

Щебнем называется смесь обломков горных пород, получаемых в результате механического дробления. В зависимости от крупности зерен щебень разделяется на следующие фракции (ГОСТ 8267—75): 5—10; 10—20; 20—40; 40—70 мм. Форма зерен щебня должна приближаться к кубической.

Наибольший размер частиц щебня или гравия при приготовлении цементобетонных смесей, предназначенных для устройства оснований, должен быть не более 70 мм, а для устройства покрытий— не более 40 мм. В щебне и гравии встречаются зерна лещадной формы, у которых длина или ширина в три раза превышает толщину. Щебень и гравий, предназначенные для приготовления цементо-бетонной смеси, не должны содержать зерен лещадной и игольчатой формы более 25%, а пылевидных и глинистых частиц — более 1%.

Природный и искусственный пески широко применяют для приготовления цементобетонных смесей.

Природный песок образуется в результате выветривания изверженных,- осадочных или метаморфических горных пород. Искусственный песок получают путем дробленая прочных горных пород.

Одной из основных характеристик песка является крупность зерен. Для оценки зернового состава вводят показатель, который называется модулем крупности Мк. Для определения Мк пробу песка рассеивают на решетах с ячейками диаметром 10; 5; 2,5; 1,25 мм и ситах с размером сторон 0,63; 0,315; 0,14 мм и устанавливают массу полных остатков на ситах. Полным остатком называется сумма остатка на данном сите и всех предыдущих. Модуль крупности песка представляет собой частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах. По величине модуля крупности пески делятся на следующие группы (ГОСТ 8736—77): крупный —Мк более 2,5; средний —Мк 2,5—2; мелкий —Мк 2—1,5; очень мелкий —Мк 1,5—1. В песке для приготовления смесей содержание пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 3%; органические примеси должны отсутствовать.

Вяжущие материалы способны в результате физико-химических или химических процессов связывать смешанные с ними минеральные частицы в одно целое. Подразделяют вяжущие материалы на две группы — минеральные и органические вяжущие.

Минеральными вяжущими материалами называются тонко измельченные порошки минералов, которые при замешивании с водой через некоторое время затвердевают, превращаясь из тестообразного в твердое тело. К ним относятся цемент, известь и гипс. Больше всего при строительстве цементобетонных дорожных покрытий распространен портландцемент.

Портландцемент получают при тонком (сухом или мокром) помоле обожженного до спекания мергеля определенного состава. Основными свойствами портландцемента являются тонкость помола цементного порошка, способность схватываться в определенные сроки, равномерность изменения объема при схватывании и твердении, приобретение прочности в определенный срок.

Тонкость помола определяют просевом цемента массой 50 г через сито с сеткой № 008 (размеры сторон ячейки 0,08 мм). Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании через сито проходило не менее 85% от массы пробы.

При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное клейкое тесто. Промежуток времени между затворением цементного теста и началом твердения (схватывания) выбирают, исходя из технологических соображений. На протяжении этого времени необходимо организовать транспортирование, укладку, уплотнение и отделку бетонной смеси. Для дорожных бетонов начало схватывания цемента должно быть не менее чем через 2 ч после его затворения.

В зависимости от прочности портландцемент разделяют на 5 марок: 300, 400, 500, 550 и 600. Прочность определяют при сжатии образцов кубической формы размером 7X7X7 см. Значение предела прочности при сжатии в кгс/см2 и определяет марку цемента. Для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных цементобе-тонных покрытий автомобильных дорог следует применять цемент марки не ниже 500, а для оснований усовершенствованных капитальных покрытий — марки 300 и 400 (ГОСТ 8424—72).

К органическим вяжущим относятся материалы, получаемые в результате переработки различных видов нефти, каменного угля, смол, битумной породы. Эти материалы бывают жидкой, полужидкой или твердой консистенции, черного или темно-коричневого цвета. Органические вяжущие материалы обладают вязкими свойствами и широко применяются для соединения каменных или грунтовых частиц. В дорожном строительстве из органических вяжущих материалов используют битумы, дегти, эмульсии.

Нефтяные дорожные битумы получают путем перегонки сырой нефти, окисления и переработки ее тяжелых фракций. Отличительной особенностью битумов является то, что они хорошо прилипают к поверхности минеральных частиц, обладают достаточной пластичностью и эластичностью, что позволяет устраивать бесшовные покрытия, характеризующиеся высокими эксплуатационными показателями и способностью смягчать вибрацию и шум при проезде транспорта.

К основным свойствам битумов относятся вязкость и пластичность.

Вязкость битума зависит от температуры нагрева и характеризуется условным показателем твердости— глубиной проникания стандартной иглы в битум при температуре 25 и 0° С за 5 с под действием груза массой 100 г. При большей вязкости битумов увеличиваются прочность и водоустойчивость покрытия, но ухудшается обволакивание поверхности минеральных материалов. Ввиду этого битумы должны быть нагреты до определенной температуры.

Пластичность битумов определяется их способностью деформироваться без нарушения сплошности. Чем выше пластичность битума, тем большие деформации может выдержать покрытие с его применением.

Битумы разделяются на жидкие и вязкие. В дорожном строительстве для приготовления различных смесей в основном используют вязкие битумы, которые разделяют на пять марок (ГОСТ 11955—74): БНД-200/300, БНД-130/200, БНД-90/130, БНД-60/90, БНД-40/60 (цифры характеризуют вязкость битума, определяемую глубиной, мм, проникания иглы при температуре 25 °С).

Дегти — это продукты сухой перегонки каменного угля. Их можно использовать в качестве вяжущего материала при строительстве покрытий из черного щебня и смешивании гравийных и щебеночных материалов на полотне дороги.

Эмульсии — дисперсные системы, состоящие из взвешенных в воде капелек битума или дегтя. Добавка к воде эмульгатора предотвращает слипание этих частиц. В эмульсии содержится до 50— 60% битума или дегтя.

Укрепленные вяжущими материалами грунты, асфальтобетонные и цементобетонные смеси используют для строительства дорожных- покрытий.

Укрепленными грунтами называют такие, которые обработаны в установке или на дороге органическими или минеральными вяжущими материалами. При укреплении грунтов с помощью химических средств улучшаются их механические свойства. В результате этого создаются прочные связи между вяжущими материалами и грунтовыми частицами. Грунты приобретают механическую прочность, морозо- и водоустойчивость. Наиболее пригодны для укрепления щебенистые и гравелистые грунты, супеси и суглинки влажностью от 3 до 12%. Оптимальная норма органического вяжущего материала в каждом случае назначается на основе лабораторных опытов и изменяется в пределах 5—17% от массы смеси. Для укрепления грунтов в них добавляют портландцемент марки не ниже 400.

Грунт перемешивают с вяжущими материалами на дорогах грун-тосмесительными машинами или в карьерах на специальных установках. Самые однородные — это смеси, получаемые в карьерных установках. Способ наиболее эффективен в тех местах, где нет качественных грунтовых материалов. Стоимость оснований и покрытий, которые построены методом смешения на дороге, ниже.

Асфальтобетонной называется рационально подобранная по плотности смесь минеральных материалов (щебня или дробленого гравия, песка и минерального порошка) с битумом. В зависимости от наибольшей крупности минерального материала различают смеси песчаные (до 5 мм), мелкозернистые (до 15 мм), средне-зернистые (до 25 мм) и крупнозернистые (до 40 мм).

По вязкости битума и температуре нагрева минеральных материалов, при которой приготовляют, укладывают и уплотняют асфальтобетонные смеси, их подразделяют на горячие, содержащие вязкие битумы, и теплые, включающие в себя жидкие битумы. Температура асфальтобетонных смесей во время выпуска из смесителя при использовании вязких или жидких битумов должна быть соответственно в пределах 120—160 и 80—100° С.

Цементобетонной называется рационально подобранная смесь щебня (гравия) и песка с цементом и водой при определенном водоцементном отношении и консистенции для получения цементного бетона требуемой прочности и долговечности. Цементный бетон получается в результате твердения уплотненной цементобетонной смеси.

Одно из основных свойств цементобетонной смеси — ее удобоук-ладываемость, которая отражает способность бетонной смеси быстро и с минимальной затратой энергии приобретать необходимую плотность и форму в процессе уплотнения. Удобоукладываемость характеризуется степенью подвижности (жесткости) смеси непосредственно перед укладкой в дорожное покрытие или основание.

В зависимости от вида цементобетонной смеси ее подвижность оценивают величиной осадки усеченного конуса высотой 300 или 450 мм, изготовленного из рабочей бетонной смеси, или с помощью технического вискозиметра по скорости течения смеси при вибрации.

Подвижность цементобетонной смеси определяют стандартным конусом из листовой стали высотой 300 мм, внутренним диаметром нижнего основания 200 мм и верхнего— 100 мм. Для цементобетонных смесей с крупностью зерен заполнителя более 70 мм используют конус высотой 450 мм, внутренним диаметром нижнего основания 300 мм и верхнего— 150 мм. При этом величина осадки конуса цементобетонной смеси приводится к значению осадки стандартного конуса умножением на коэффициент 0,67.

Метод определения подвижности смеси по осадке конуса заключается в следующем. В стальную форму-конус укладывают це-ментобетонную смесь в три слоя с уплотнением каждого из них штыкованием 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 и длиной 650 мм. После уплотнения смеси форму-конус строго вертикально снимают и конус бетонной смеси оседает под действием силы тяжести, сохраняя свою форму. Осадку конуса определяют, прикладывая металлическую линейку ребром на верх формы и измеряя с точностью до 0,5 см расстояние от низа линейки до верха осевшей бетонной смеси.

По величине осадки конуса в сантиметрах цементобетонные смеси подразделяют на жесткие — осадка конуса 0 см, малоподвижные— примерно 3 см, подвижные—-4—15 см и литые — более 15 см.

Степень жесткости цементобетонной смеси определяют с помощью технического вискозиметра путем вибрирования конуса бетонной смеси на вибростоле с частотой 3000 колебаний в минуту при амплитуде 0,35 мм. Показатель жесткости — это время, с, необходимое для расплывания конуса смеси и заполнения ею цилиндрического сосуда, технического вискозиметра. Для цементобетонной смеси, используемой в дорожном строительстве, это время обычно колеблется в пределах от 10 до 40 с.

Удобоукладываемость бетонных смесей зависит от ряда факторов, определяющий из которых — отношение массы воды к массе цемента в смеси. Чем больше это отношение, тем более пластичной будет смесь и тем легче она может быть уложена в покрытие и уплотнена. Однако увеличение этого отношения приводит к снижению плотности смеси после твердения вследствие испарения лишней воды и к уменьшению прочности и морозостойкости покрытия.

Использование жестких цементобетонных смесей в дорожном строительстве позволяет экономить цемент на 10—20%, сокращать сроки твердения при наборе прочности, но требует более интенсивного уплотнения. Для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий используют бетонную смесь с водоцементным отношением, не превышающим 0,5, а для нижнего слоя двухслойных покрытий — не превышающим 0,6.

Подвижность цементобетонной смеси перед укладкой бетоноук-ладочными машинами должна составлять 1—2 см осадки стандартного конуса.

Цементный бетоц — это искусственный материал, состоящий из зернистого минерального скелета, скрепленного затвердевшим цементным камнем, и полученный в результате твердения уплотненной цементобетонной смеси.

Цементный бетон для дорожного строительства должен обладать заданной по проекту прочностью, которая зависит в основном от его плотности. Это свойство бетона обусловлено правильным подбором его состава, качеством приготовления и укладки в покрытие цементобетонной смеси.

Деревянные дороги России: как это было и почему отказались

Дорожное строительство в Российской империи первоначально двигалось иными путями, нежели в европейских странах. Сказывались огромная протяжённость дорог и отсутствие в достаточном количестве доступных для разработки каменных материалов.

Вездесущий Пётр I, который за годы своего правления, кажется, в любой сфере жизни успел дать подданным множество ценных указаний, оставил и указ 1723 года о постройке дороги между Петербургом и Москвой. Этот документ содержал подробное описание технологии дорожного строительства. Насыпь, проходящую через низинные и заболоченные участки местности, предписывалось мостить бревенчатыми настилами (фашинами). Лишь в тех же местах, где «камня было довольно» , велено было мостить дорогу камнем, только чтобы он крепко держался и «не опадал» .

Со времён «Русской Правды» и до наполеоновского нашествия

Деревянные мостовые и внутригородские дороги существовали на Руси с незапамятных времён. Археологи находили и продолжают находить остатки этих конструкций на раскопках древнерусских городов.

Эти мостовые представляли собой толстые доски, положенные на основу из брёвен и горбылей и прикреплённые к ней. А городские дороги (т.е., не тротуары, а проезжая часть, по которой ездили телеги и экипажи) делались из плотно уложенных друг к другу брёвен, обработанных с той стороны, по которой ездили.

Нужно отметить, что с московской Красной площади убрали эти деревянные настилы и впервые замостили её булыжником только в 1804 году. А в менее значительных городах такие деревянные мостовые и дороги практиковались вплоть до ХХ века.

Деревянные дороги по торцевой технологии

Новое воплощение идея деревянных дорог получила в 30-х годах XIX века. В крупных городах к тому времени окончательно стало ясно, что настилы из брёвен уже безнадёжно устарели. Однако и опыт мощения улиц булыжником большого энтузиазма поначалу не вызвал. Такие дороги получались очень тряскими для пассажиров экипажей и шумными для городских жителей.

Ресурсосберегающие технологии в дорожном строительстве

На устройство 1 км дорожного асфальтобетонного покрытия требуется около 1500-2000 т асфальтобетонной смеси (при расчетной ширине покрытия 7 м и толщине слоев покрытия 10 см). Соответственно, расход материалов для приготовления этого количества асфальтобетонной смеси составляет 700​-1200 т высокопрочного щебня, 600-​800 т песка, 75​-120 т минерального порошка и 80-​100 т битума.

В расчете на 100 км дорожных асфальтобетонных покрытий требуется в среднем около 170 тыс. т асфальтобетонной смеси, для производства которой нужно израсходовать (в среднем): щебня ​ около 90 тыс. т, песка – 70 тыс. т минерального порошка – 10 тыс. т, битума – 9 тыс. т. Общая стоимость применяемых материалов составляет около 350 млн. рублей.

Удельный расход дорожно-строительных материалов при ремонте 1 км дорожного покрытия (при укладке нового слоя покрытия толщиной 5 см) в среднем составляет 350 м3, или около 800 т, что требует, соответственно, щебня около 400 т, песка ​ 300 т, минерального порошка ​ 60 т, нефтяного битума ​ 40 т.

Для устройства 1 км асфальтобетонного покрытия на магистральной многополосной автомобильной дороге (шириной 21 м) при толщине слоя покрытия 18 см требуется около 9 тыс. т асфальтобетонной смеси, в том числе щебня ​ 4 600 т, песка ​ 3 200 т, минерального порошка ​ 700 т и нефтяного битума – 500 т.

Эффективное и рациональное использование ресурсов

В современных условиях активное использование ресурсосберегающих технологий является одним из наиболее актуальных направлений экономии материальных, энергетических и финансовых затрат при проведении дорожных работ. В решении проблем ресурсосбережения можно выделить три основных направления экономии и эффективного использования ресурсов:

  • широкое применение местных материалов;
  • использование вторичных материальных ресурсов;
  • продление сроков службы дорожных конструкций.

В направлении применения местных материалов следует отметить в первую очередь такие технические решения, как использование местных малопрочных каменных материалов, материалов из месторождений битумсодержащих пород, горючих сланцев и других местных ресурсов.

Значительная доля затрат при проведении работ по улучшению транспортно-эксплуатационного состояния дорожной сети приходится на устройство слоев асфальтобетонных покрытий. Асфальтобетон должен соответствовать требованиям действующего в России ГОСТ 9128 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон».

Согласно ГОСТ 9128, на дорогах 1​2-й технической категории дорожно-климатических зон необходимо применять асфальтобетонные смеси 1-й марки, приготавливаемые с использованием щебня из изверженных или метаморфических пород марки не ниже 1200 либо осадочных пород марки не ниже 1000. Для дорог 3-й технической категории допускается применение асфальтобетонных смесей 2-й марки, приготавливаемых с использованием щебня из изверженных или метаморфических пород марки не ниже 1000 либо осадочных пород марки не ниже 800 (для смесей типов А и Б).

В связи с тем что на территории многих регионов России ресурсы высокопрочных каменных материалов ограничены, а местные осадочные материалы (известняки) имеют в основном прочность, соответствующую марке 600 и ниже, перспективной является технология применения асфальтобетонных смесей, позволяющая сократить потребность в применении дальнепривозного высокопрочного щебня за счет частичной (или полной) замены его местным известняковым щебнем, что позволит существенно снизить стоимость строительства и ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий.

Технические решения по расширению применения местных малопрочных известняков могут дать довольно высокий экономический эффект. Такие решения были разработаны в ФГУП Росдорнии и отражены в утвержденных Минавтодором РСФСР «Рекомендациях по применению асфальтобетонов на основе разнопрочных каменных материалов» и Технических условиях ТУ 218 РСФСР 541-86 «Смеси асфальтобетонные дорожные из разнопрочного щебня», утвержденных Российским управлением Госстандарта СССР 25.04.86 за № 002/025800 [1]. Указанные документы предусматривают возможность замены 25​50 % высокопрочного щебня местным известняковым щебнем. Разработанная технология нашла отражение в работе «Разработка и внедрение комплекса ресурсосберегающих технологий возведения зданий и дорожно-транспортных сооружений повышенной долговечности», за которую в 2011 году коллективу авторов указом президента В. В. Путина была присуждена Премия Правительства РФ (Распоряжение Правительства РФ от 06.02.12 № 146-р «О присуждении премий Правительства РФ 2011 г. в области науки и техники»).

Наряду с указанной технологией на дорогах местной сети с небольшой интенсивностью движения возможно применение асфальтобетонных смесей, приготавливаемых полностью на известняковом щебне, что также дает существенный ресурсосберегающий эффект. При устройстве слоев дорожных оснований эффективным является применение слоев из щебня марок 600 и даже 400, укрепленных жидким битумом способом пропитки.

Расчет экономического эффекта от замены части высокопрочного щебня стоимостью 1700-​2000 руб./м3 местным известняковым щебнем стоимостью 1300-​1500 руб./м3 показывает, что при устройстве дорожных покрытий помимо экономии высокопрочного щебня достигается и сокращение финансовых затрат в размере от 0,5 до 4 млн. руб./км в зависимости от категории дороги.

Объемы поставок высокопрочного щебня для строительства и ремонта дорог весьма велики и при устройстве 1 км верхнего слоя покрытия на дорогах местной сети использование ресурсосберегающей технологии позволяет высвободить 7​8 железнодорожных вагонов, необходимых для доставки высокопрочного щебня в районы строительства, а для строительства дорог 1-й и 2-й технической категории – до 70 вагонов и более, что позволяет значительно сократить затраты энергии на перевозку.

Следует отметить также возможности использования местных ресурсов природных битумсодержащих материалов, в том числе песков, песчаников, известняков, а также природных битумов. Рекомендации по применению таких материалов разработаны Росдорнии [2].

Применение вторичных материальных ресурсов включает в себя прежде всего использование продуктов переработки изношенных автомобильных шин, продуктов дробления отфрезерованного асфальтобетона, продуктов дробления отслуживших бетонных плит, зол-уноса ТЭС, золошлаковых материалов, фосфогипса, кислого гудрона, порошкообразных отходов промышленности, остаточных продуктов нефтепереработки, лесопереработки, коксохимических производств и др. Существуют многочисленные работы по применению указанных материалов.

В качестве примеров можно назвать ряд разработок, выполненных с участием автора, по применению в составе асфальтобетона добавок серы, дробленой резины, асфальтовой крошки, получаемой при фрезеровании покрытий при их ремонте, порошкообразных отходов промышленности [3, 4, 5, ​6].

К техническим решениям, обеспечивающим продление сроков службы дорожных конструкций, относится в первую очередь совершенствование нормативно-технической базы в части требований к качеству применяемых материалов, методов расчета и проектирования дорожных конструкций, технологических процессов и оборудования для строительства и ремонта дорожных конструкций, разработка составов материалов с повышенными физико-механическими свойствами.

Продление сроков службы дорожных конструкций позволяет сократить расход материальных и финансовых затрат на периодическое проведение ремонтных работ в процессе эксплуатации дорог. В частности, в настоящее время на ремонт дорожных асфальтобетонных покрытий, составляющих основу дорожной сети страны, расходуется значительно больше средств, чем на новое строительство, несмотря на важность развития в стране сети дорог с усовершенствованными типами покрытий. Известно, что на дорогах с высококачественным асфальтобетонным покрытием расход топлива при движении автотранспорта на 10​15 % меньше, чем на дорогах с изношенным асфальтобетонным покрытием, и на 20​30 % меньше, чем на дорогах, не имеющих высококачественных асфальтобетонных покрытий. При значительных объемах автотранспортных перевозок в стране суммарная экономия топлива при движении миллионов автомобилей составляет миллионы тонн в год, не говоря уже об экономии финансовых средств и снижении износа автотранспортных средств.

Продление сроков службы асфальтобетонных покрытий может быть достигнуто и путем существенной переработки ГОСТ 9128, о необходимости чего автор неоднократно ставил вопрос в печати [7], а также за счет совершенствования методов проектирования дорожных конструкций, в частности детального учета широкого диапазона вариаций свойств асфальтобетона в процессе эксплуатации в различных климатических условиях [8].

Важным для решения данного вопроса является повышение качества дорожных битумов. В этом направлении также имеются многочисленные разработки, в частности по модификации битумов добавками полимеров, олигомеров, адгезионными добавками и пр. [9; 10].

Отмеченные выше ресурсосберегающие технические решения обеспечивают наряду с экономией материальных затрат существенную экономию энергетических ресурсов, анализ использования которых на разных стадиях строительства дорожных асфальтобетонных покрытий приведен в работе [11]. Так, только на производство, переработку и транспортирование требуемых для ремонта дорожных покрытий материальных ресурсов энергетические затраты составляют порядка 500 ГДж на 1 км дороги (около 10 т условного топлива или 60 тыс. кВт ч).

Несмотря на наличие широкого спектра разработанных ресурсосберегающих технологий, возможности более экономного использования местных материальных ресурсов, вторичных продуктов промышленного производства, способов модификации применяемых материалов, совершенствования методов проектирования конструкций и системы технических требований реализуются далеко не в полной мере, что указывает на дальнейшее более экономное расходование материальных, энергетических и финансовых затрат при строительстве и ремонте автомобильных дорог.

Доктор технических наук А.В. Руденский.

Литература:
1. Рекомендации по применению асфальтобетонов на основе разнопрочных каменных материалов / ЦБНТИ МАД РСФСР. М., 1986. С. 25.
2. Руководство по применению битумсодержащих песков и песчаников в дорожном строительстве / ЦБНТИ МАД РСФСР. M., 1979. C. 33.
3. Руководство по применению порошкообразных отходов промышленности в качестве минерального порока в асфальтобетонах 1-й и 2-й марок / Гипродорнии. M., 1988. C. 29.
4. Руденская И. М. О применении серы и серосодержащих отходов промышленности в дорожном строительстве // Труды Росдорнии. M., 2000. Вып. 10. С. 123​126.
5. Руденский А. В., Марьев В. А. Применение резиновой крошки для повышения качества дорожных битумов и асфальтобетонов // Дороги России ХХI века. 2004. № 5. С. 62​67.
6. Технические рекомендации по применению асфальтобетонных смесей, модифицированных добавками старого асфальтобетона / НИИМосстрой, ТР 197-08. M., 2008. C. 22.
7. Руденский А. В. О необходимости коренной переработки ГОСТа на асфальтобетон // Труды Ассоциации исследователей асфальтобетона. М., 2013. C. 98​104.
8. Руденский А. В. Анализ работы асфальтобетонных покрытий как конструкций с нестационарными эксплуатационными характеристиками // Труды Гипродорнии. М., 1979.
9. Руденский А. В. Повышение качества битумов – важнейшее направление повышения эффективности строительства и ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий // Материалы Международной конференции «Битум в дорожном строительстве». М., 2005. С. 5​13.
10. Руденский А. В., Лобанов В. В. Олигомербитумные вяжущие – перспективное направление получения высококачественных модифицированных битумов для дорожного строительства // Труды конференции РГУ нефти и газа. М., 2013. C. 36​39.
11. Руденский А. В. Анализ энергозатрат – объективный критерий технической эффективности решений по строительству и ремонту дорожных асфальтобетонных покрытий // Дороги России ХХI века. 2005. № 4. С. 52​61.

Щебень для дорожного строительства – где применяется и что важно учитывать при выборе материала

Щебень для дорожных работ – это материал, к которому предъявляются повышенные требования. Ведь от его качества будет зависеть безопасность автомобилистов и затраты на ремонт дороги. Почти половина стоимости любого дорожного полотна приходится на щебень. Без этого материала невозможно построить качественное покрытие.

Применение щебня в дорожном строительстве

Для начала скажем, что у этого материала есть несколько названий:

  • Дорожный щебень
  • Щебень для дорог
  • Щебень дорожной фракции
  • Дорожная щебенка

Щебень используется на всех этапах дорожного строительства и для любого типа покрытий. Он обеспечивает прочность полотна, его устойчивость к износу. Также материал необходим для ремонтных работ.

Вот основные сферы его применения:

  • Для строительства грунтовых дорог
  • Для строительства асфальтированных дорог
  • Для строительства железных дорог
  • Для производства асфальта

Далее мы расскажем о том, какими свойствами должен обладать данный материал.

Щебнем засыпают временные проезды Щебнем засыпают временные проезды При помощи щебня можно оборудовать подъезд к объекту При помощи щебня можно оборудовать подъезд к объекту Щебень – основной материал для подушки под асфальтовое покрытие Щебень – основной материал для подушки под асфальтовое покрытие Для дорожного строительства подходит не каждый щебень Для дорожного строительства подходит не каждый щебень В этой статье мы расскажем, по каким параметрам нужно подбирать щебень для дорожных работ В этой статье мы расскажем, по каким параметрам нужно подбирать щебень для дорожных работ

Что еще важно при выборе щебня

В дорожном строительстве используется много разновидностей щебня. Они отличаются между собой ценой и рядом характеристик. Перед выбором следует хорошо просчитать, где можно сэкономить, а где лучше потратить деньги и купить надежный и долговечный материал. Ведь для временных подъездов существуют одни требования, а для трасс с большим трафиком – совсем другие.

При выборе щебня следует учитывать следующие характеристики:

  • Прочность
  • Истираемость
  • Морозостойкость
  • Форму зерен (лещадность)
  • Содержание зерен слабых пород
  • Содержание глинистых частиц

Дальше вы узнаете подробнее, как выбирать щебень, ориентируясь на его свойства.

Прочность

Чем прочнее материал, тем дороже он стоит. Но во время строительства автомагистралей, мостов, путепроводов экономить не следует. Для таких работ рекомендуется брать щебень с маркой по дробимости М1200-М1400. Показателю соответствуют гранит, амфиболит и габбро (хотя последний встречается реже). Похожие характеристики имеет серпентинит, но в нем попадается больше лещадных зерен, и он доступен не во всех регионах.

Для обычной дороги со средним трафиком подойдет материал с прочностью М800-М1000. Он выдерживает достаточно большие нагрузки и стоит меньше. Грунтовые дороги и обочины можно смело засыпать щебнем с показателем М600-М1000 (диорит, известняк и мрамор). Он также подойдет для обустройства временных подъездов. Если предусматривается, что по таким дорогам будет ездить тяжелая техника, стоит искать более прочный материал.

Истираемость

Под этой характеристикой понимают устойчивость материала к динамическим нагрузкам. Она очень важна для щебня, используемого в асфальте. Чем меньше истираемость, тем дольше прослужит покрытие.

Для верхних слоев дорог, трасс с интенсивным трафиком, железнодорожного балласта следует покупать материал с истираемостью И1. Такой показатель имеют гранит, амфиболит, некоторые сорта диорита и серпентинита.

Для оснований дорог 3-5 категории, с невысоким трафиком, можно взять материал с истираемостью И2-И3. Такой показатель у известняка, мрамора. Щебень из этих пород стоит не очень дорого и хорошо подойдет для засыпки обочин, грунтовых дорог в сельской местности.

Морозостойкость

Все замечали, что после зимы дорожное полотно просто «сползает». На нем появляются широкие трещины и ямы. Это связано с использованием материалов (включая щебень) с низкой морозостойкостью. При замерзании вода расширяется и разрушает покрытие. Не менее важен показатель и для балласта на железной дороге. Если он разрушится под воздействием низких температур, то перестанет выполнять свою функцию.

Чтобы не тратить лишние деньги на ремонт, следует применять материал с показателем не ниже F100. Он сможет выдержать до 100 циклов замораживания и размораживания. Еще лучше брать щебень с морозостойкостью F300-400. Такими свойствами обладают гранит, диорит, серпентинит.

Форма зерен (лещадность)

Лучшими характеристиками обладает кубовидный щебень. Он хорошо уплотняется, между отдельными частицами почти не остается промежутков. Идеально кубических зерен не бывает – в процессе дробления породы получаются куски разных форм. Кубовидной фракцией называют те зерна, которые имеют примерно равную длину и ширину. При покупке следует обращать внимание, нет ли в щебне большого количества плоских или игловидных зерен. Они называются лещадными, снижают прочность и плотность.

Для оснований трасс, железнодорожного балласта содержание плоских частиц не должно превышать 10-15% (первая и вторая группа). Если этот показатель будет выше, то зерна в процессе эксплуатации дороги уплотнятся, что повлечет за собой деформацию верхних слоев – вплоть до разрушения дорожного полотна..

Читайте также: