Цементобетонные покрытия в США: строительство

Автор .С. Радовский, д.т.н., профессор, Лос-Анджелес, США

Мы завершаем публикацию серии из трех обзоров, посвященных цементобетонным покрытиям. Первый был посвящен конструкциям, второй обзор – проектированию, этот, третий, – строительству.

О конструкциях жестких дорожных одежд 
и технических 
требованиях к покрытиям

Конструкции дорожных одежд рассматривались подробно в обзорах («АД», 2015, №2, 3). Констатировалось, что при одинаковом суммарном числе приложений расчетных нагрузок (15 млн осевых нагрузок 115 кН или 64 млн нагрузок 80 кН) бетонное покрытие со швами и штырями в Калифорнии на 3–6 см толще, чем по расчету в соответствии с российским нормативным документом по проектированию жестких дорожных одежд (27–30 см вместо 24 см в России). Добавим, что в расположенном на северо-западе США штате Вашингтон толщина бетонного покрытия для такого движения составила бы 30,5 см на асфальтобетонном основании толщиной 11 см и дополнительном основании из дробленого гравия толщиной 11 см (Washington DOT, 2011) вместо 
24 см бетонного покрытия в России.

В Германии каталогом типовых конструкций для примерно такого же движения при той же расчетной нагрузке 115 кН на ось предусмотрено покрытие толщиной 27 см на основании из тощего бетона 15–
25 см или покрытие 26 см на асфальтобетонном основании 10 см либо бетонное покрытие толщиной 30 см на основании из щебня 30 см (Hall, 2007). Отметим, что требования к прочности дорожного цементного бетона на изгиб в Германии выше, чем в России и в США. При этом, включая дополнительные морозозащитные слои, общая толщина дорожной одежды в Германии должна составлять 
90 см, а в северных штатах США, как правило, общая толщина должна превышать половину глубины промерзания.

Обсудим главные требования, которые предъявляются к бетонному покрытию в США. В качестве примера в табл. 1 приведен фрагмент из Руководства по проектированию дорог в штате Калифорния. Видно, что среднее расстояние между поперечными швами равно 4,1 м (разрешенный диапазон – от 3,66 до 4,57 м), диаметр штырей в швах – 32 мм при толщине покрытия менее 21,5 см и 38 мм в остальных случаях (для сравнения, в штате Вашингтон – 38 мм, а в Германии диаметр 25 мм при толщине покрытия от 20 до 
30 см). При этом обычное расстояние между штырями – 30 см (в Германии – 25 см по полосе наката и 50 см вне нее). Указано, что покрытие из цементного бетона должно быть отделено от основания – для обеспечения возможности горизонтального перемещения при изменении температуры.

В перечне калифорнийских технических требований (табл. 1 ) жестко заданы суммарное содержание в бетонной смеси цементирующих веществ (цемента и золы уноса) – 390 кг/куб. м и водоцементное отношение 0,42. Для сравнения: в штате Вашингтон оговорено минимальное суммарное содержание в бетонной смеси цементирующих веществ (цемента, золы уноса, молотого гранулированного шлака) 335 кг/куб. м, причем собственно на цемент должно приходиться не менее 65% массы, а водоцементное отношение (вычисляемое по отношению к весу всех цементирующих материалов) должно быть не более 0,44 (Washington DOT, 2014). При сравнении с требованиями в странах Европы следует иметь в виду, что в большинстве европейских стран при вычислении водоцементного отношения дополнительные цементирующие материалы не учитываются (Hall, 2007, с. 4).

В таблице калифорнийских технических требований задана прочность бетона на растяжение при изгибе 4,3 МПа. Открывать движение по новому покрытию разрешается, когда прочность на растяжение при изгибе достигает 3,8 МПа (Caltrans, 2006, p. 775). В перечне технических требований (табл. 1 ) приведены также теплофизические показатели бетона (коэффициент температурной деформации, теплопроводность, теплоемкость, лучепоглощательная способность и другие), характеризующие его продольную деформацию при колебаниях средней температуры покрытия и коробление под влиянием разности температур верхней и нижней зоны плиты, а также напряжения, возникающие при усадке в период твердения.

Эти показатели важны, поскольку долговечность бетона сильно зависит от его поведения в раннем возрасте, в течение примерно первых 72 часов.

В это время напряжения, вызванные совместным влиянием усадки, температурного коробления и продольным напряжением от изменения средней по толщине температуры плиты, могут превысить небольшую еще прочность бетона на растяжение, что приведет к появлению трещин.

К сроку службы и эксплуатационному состоянию цементобетонных покрытий в конце срока службы в Калифорнии предъявляются такие требования (Caltrans, 2008, 620-4, Table 622.2):

– срок службы при интенсивности менее 150 000 авт./сутки (в том числе грузовых менее 15 000) должен быть не меньше 20 лет, а при интенсивности свыше 150 000 авт./сутки или грузовых свыше 15 000 авт./сутки – не меньше 40 лет;

– показатель ровности IRI к концу срока службы должен быть не больше 2,5 м/км;

– средняя высота уступа в швах (осредненная на одном километре протяжения дороги) должна быть менее 2,5 мм;

– поперечные трещины к концу срока службы должны иметь не более чем 10% плит;

– продольные трещины к концу срока службы должны иметь не более чем 10% плит;

– угловые трещины к концу срока службы должны иметь не более чем 10% плит.

Значения этих показателей, принятые в других штатах, могут отличаться (SHRP 2, 2014, Table 3.1), но общепринятыми характеристиками состояния жесткого покрытия в конце службы являются такие:

– трещины имеют 10–15% плит;

– средняя высота уступа в швах 6–7 мм;

– показатель ровности IRI достигает 2,5–3 м/км;

– выпучивания плит в швах малы по высоте и протяженности;

– разрушения, связанные со свойствами собственно бетона, отсутствуют.

Для сравнения: выполненные в 2006–2008 годах в России обследования действующих автомобильных дорог с цементобетонным покрытием показали, что средняя высота уступов на покрытиях, находившихся в эксплуатации на протяжении 7–48 лет, составляет от 2 до 4 мм (Носов, 2008 год).

В новом американском Руководстве по проектированию дорожных одежд (MEPDG, 2004 год, Part 3, Chapter 4) взаимосвязь между механическими показателями материала покрытия и его поведением в эксплуатации комментируется следующим образом. Чем выше прочность бетона, тем, вроде бы, лучше во всех отношениях. Но повышение прочности обычно сопровождается повышением модуля упругости, что повышает напряжение при изгибе, несколько ослабляя тем самым эффект от повышения прочности. Кроме того, если повышение прочности достигается за счет увеличения содержания цемента в смеси, то оно сопровождается увеличением усадки и коэффициента температурной деформации, что чревато усилением коробления плиты. С точки зрения устойчивости к образованию трещин, желательно иметь пониженный модуль упругости бетона, но это способствует появлению уступов в швах. Чем меньше усадка и коэффициент температурной деформации бетона, тем лучше во всех отношениях.

Полную версию статьи читайте в номере.

Прочитано 1628 раз
Другие материалы в этой категории: « Ключевые объекты – в срок! Мозговой штурм »

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Заявка на подписку

Заполните это поле.
Введите, пожалуйста, адрес электронной почты!
Укажите версию подписки
Укажите период подписки
Введен недействительный тип данных
Введен недействительный тип данных
Заполняя данную форму, я передаю свои персональные данные в компанию АО "Издательство Дороги" и выражаю согласие на их последующую обработку и хранение в соответствии с ФЗ РФ №152 "О персональных данных"