Бетон для дорожных покрытий

Возрастающая грузонапряженность и интенсивность движения на наших дорогах требует прочных дорожных покрытий с долгим сроком службы, чтобы в результате ремонтных работ возникало как можно меньше заторов и пробок. На сегодняшний день преимуществом обладает шумопоглащающее и легко схватываемое дорожное полотно, и значение приобретает повторное использование строительных структур. Кроме того, необходимо соразмерно учитывать издержки на проектирование строительства и эксплуатацию дорог, а также экономичность дорожного укрепления при планировании строительных мероприятий и выбор стройматериалов. Бетонные конструкции в значительной мере удовлетворяют всем этим требованиям. Бетонные дорожные покрытия даже при высокой нагрузке имеют длительный срок службы. Производственные издержки конкурентоспособны, а расходы на текущий ремонт не значительны. Таким образом, бетонные дорожные покрытия - это экономичный способ строительства.
Бетон является экологически безвредным строительным материалом и не представляет никакой опасности для почвы и грунтовых вод.

Поверхность способна поглощать шум, удобна в изготовлении и долго служит. Светлое покрытие особенно выигрывает в темное время суток и при влажности. Поэтому бетонные дорожные покрытия хорошо подходят для нового строительства и восстановления автомобильных дорог федерального значения, сельских и окружных дорог, а также автобусных остановок, перекрестков, транспортных сооружений кольцевого движения и велосипедных дорожек.

1. Термины и понятия

Бетон для дорожных покрытий - строительный материал, который изготавливается путем смешивания цемента, крупно- и мелкозернистых заполнителей и воды, а также с применением воздухововлекающих добавок и, как правило, без добавления присадок и добавок.
Бетон с разжижителем - бетон, легко поддающийся обработке. В зависимости от способа смешивания и цели применения подразделяется на:

- «мягкий» дорожный бетон с разжижителем, класс консистенции F3 (растекаемость от 42 до 48 см);
- быстротвердеющий дорожный бетон с разжижителем, класс консистенции F2 (растекаемость от 35 до 41 см).
Исходный бетон - поставленный на стройплощадку уже замешенный бетон, но без добавления разжижителя.

2. Техническое описание. Бетон

Изготовление и испытание бетона для дорожных покрытий производится на основе норм TL Beton-StB и TP Beton-StB. Состав бетона определяется по результатам контроля в процессе производства. При этом для покрытий строительного класса SV от I до III водоцементное отношение не превышает 0,45, а для покрытий от IV до VI класса - 0,50. Содержание цемента зависит от местных условий. Для покрытий строительного класса SV от I до III цемент должен составлять не менее 340 кг/м2 в уплотненном свежем бетоне.

Рис. 1. Бетонные дорожные покрытия имеют светлый цвет, удобны в изготовлении, долго служат и поглощают шум

Требования, предъявляемые к бетону для дорожных покрытий и к исходным материалам, представлены в таблицах 1 и 2.

Цемент

При изготовлении бетона для дорожных покрытий необходимо использовать цементы, соответствующие стандартам DIN EN 197-1 или DIN 1164-10, в которых изложены превышающие норму требования (см. таблицу 1).
Как правило, используют портландцемент CEM I 32,5 R.

При определенных условиях целесообразно применять цемент класса прочности 42,5. По согласованию с застройщиком может использоваться шлакопортландцемент (CEM II/A-S или CEM II/B-S), портландцемент с обожженным сланцем (CEM II/A-T или CEM II/B-T) или известняковый портландцемент (CEM II/A-LL) класса прочности 32,5 и 42,5, а также шлаковый цемент (CEM III/A, с минимальным классом прочности 42,5 N).
Для приготовления быстротвердеющего дорожного бетона с разжижителем необходимо использовать цемент CEM I 42,5 R.

Таблица 1. Требования, предъявляемые к исходным материалам бетона для дорожных покрытий, по нормам TL Beton-StB

1) Регионально испытанные зернистости структуры камня
2) Бетон с обнаженным заполнителем

Таблица 2. Требования, предъявляемые к бетону для дорожных покрытий, по нормам
TL Beton-StB

1) проверяется только при контроле в процессе производства

У двухслойных покрытий верхний и нижний слой бетона должны производиться из цемента одинакового типа и класса прочности.

Заполнители

Заполнители, используемые в производстве бетона для дорожных покрытий, должны согласовываться с нормами TL Gestein-StB, Приложение G. Состав заполнителей должен соответствовать рисункам L1, L2 или L3 стандарта DIN 1045-2. Если применяется максимальный размер зерна 22 мм, целесообразно обратиться к рисунку L3; при зернистых смесях с D ≤ 8 мм для верхнего слоя за образец берется рисунок L1.
Смеси зернистых заполнителей для верхнего слоя бетона строительного класса SV от I до III должны состоять как минимум из 3 фракций зернового состава.

Рис. 2. Передача бетона на стройплощадке

Если максимальный размер зерна ограничивается ≤ 8 мм, достаточно использовать не менее 2 фракций. Для нижнего слоя бетона строительного класса SV с I по III достаточно применять не менее 2 фракций зернового состава.

При двухслойной и многослойной укладке бетона максимальный размер зерна определяется таким образом, чтобы тройной диаметр максимального размера зерна совпадал с минимальной толщиной соответствующего слоя или пласта.

Для покрытий строительного класса SV от I до III долю зернистого заполнителя с D ≤ 2 мм необходимо ограничивать так, чтобы подрешетный продукт сита с ячейкой 1 мм не превышал 27 % от массы, а сито с ячейкой 2 мм при обработке бетона с максимальным размером зерна 8 мм не был выше значения 35 % от массы.

Согласно директиве Немецкого комитета по железобетону «Профилактические меры для предотвращения опасных щелочных реакций в бетоне» (директива по щелочам) бетонные дорожные покрытия соотносятся с классом водостойкости WS. В данной директиве описаны требования, процесс контроля при производстве, проверка и испытания для:

- дробленых зернистых структур из граувакки, кварцевого порфира (риолита) и гравия с Верхнего Рейна,
- гравия, содержащего более 10 % от массы приведенных выше дробленых зернистых заполнителей,
- зернистых заполнителей повторного применения,
- прочих зернистых заполнителей, которые не могут быть однозначно классифицированы в соответствии с директивой по щелочам, часть 1, пункт 1.2, и
- других дробленых зернистых заполнителей, по которым в рамках директивы отсутствует практический строительный опыт.

В строительстве бетонных дорожных покрытий не могут применяться песчаник опала, кремень и докембрийская граувакка.

Доля мелкозернистых фракций

Для того чтобы бетон легко укладывался, мог образовывать закрытую структуру и не обнаруживал склонность к расслоению, он должен содержать определенное количество мелкозернистых фракций. Доля мелкозернистых фракций образуется из цемента, компонентов зернистых заполнителей размером < 0,25 мм и в отдельных случаях добавок.

Общая доля мелкозернистых фракций не должна превышать 450 кг/м уплотненного свежего бетона, а для бетона с максимальным размером зерна 8 мм не должна быть выше 500 кг/м3.
Если бетон применяется для образования верхнего слоя, с которого снимается поверхностный раствор, доля может превышать 500 кг/м .

Добавки к бетонной смеси

Для морозостойкости и устойчивости к воздействию размораживающих солей,
любой дорожный бетон должен иметь искусственные поры, заполненные воздухом, так называемые воздушные микропоры, в достаточном количестве и на соответствующем расстоянии друг от друга. С этой целью применяется воздухововлекающая добавка. Благодаря применению разжижителя или в случае необходимости пластификатора бетона изготавливается «мягкий» или быстротвердеющий дорожный бетон.
Разжижитель особенно тщательно рассчитывается при контроле в процессе производства в соответствии с воздухововлекающими добавками и применяемым цементом. При одновременном использовании разжижителя и воздухововлекающих добавок в рамках испытания эффективности необходимо проверять соблюдение фактора расстояния L ≤ 0,20 мм и содержание микропор A300 ≥ 1,5 % от объема при данной комбинации добавки.

Общее количество добавки не может превышать максимальной дозировки, рекомендованной ее производителем, а также показателя 50 г/кг цемента. При одновременном применении нескольких добавок к бетонной смеси общее добавляемое количество не должно быть более 60 г/кг цемента. Доля добавок менее 2 г/кг цемента допускается только тогда, когда они смешиваются с водой. Если общее количество жидких добавок к бетонной смеси превышает 3 л/кг бетона, необходимо соблюдать количество содержащейся воды при расчете водоцементного отношения.

Воздухововлекающая добавка добавляется, как правило, в процессе смешивания, а разжижитель или пластификатор непосредственно перед укладкой. При использовании разжижителя или пластификатора количество пор регулируется на 1 % выше. В автобетоносмесителе время смешивания после добавления добавки не должно быть меньше 1 мин./м и короче 5 мин.

При использовании в быстротвердеющем дорожном бетоне разжижителя он не должен замедлять твердение бетона (напр., может быть, что при температуре свыше 25 °C действие разжижителя меняется и появляются побочные эффекты!).
Для «мягкого» дорожного бетона с разжижителем растекаемость исходного бетона без разжижителя должна быть, как минимум, на 100 мм меньше, чем
растекаемость при укладке. Выбираемая консистенция для укладки зависит от встроенных устройств, температуры и уклона поверхности дороги. При уклоне свыше 3 % необходимо предпринимать специальные меры. Такими мерами могут быть:
- регулировка состава бетонной смеси посредством уменьшения добавляемого количества разжижителя;
- добавление крупнозернистых фракций в состав зернистого заполнителя;
- повышение доли раздробленного зернистого заполнителя.

Консистенция

Консистенция бетонной смеси должна регулироваться под устройства для укладки и уплотнения, погодные условия, а также время транспортировки и обработки. Отклонения от консистенции отрицательно сказываются на ровности дорожного покрытия. После выравнивания бетон должен иметь закрытую поверхность. При укладке бетоноукладчиком со скользящими формами не допускается оседание бетонных кромок.

Рис. 3. Хранение зернистых заполнителей в Добавки и присадки добавляются отдельно. смесительной установке

3. Изготовление бетона

Дозировка составляющих смеси
Для достижения равномерности гранулометрического состава зернистые заполнители дозируются отдельно по фракциям зернового состава (см. рис. 3). Цемент и зернистые заполнители всегда добавляются по весу. Транспортировочные устройства и измерительные приборы необходимо содержать в чистоте и пригодном к эксплуатации состоянии.

Рис. 4. Смесительная установка для изготовления дорожного бетона

Смешивание бетона

Бетон изготавливается в смесительной установке с бетономешалкой принудительного действия (см. рис. 4). Время смешивания после добавления всех компонентов должно быть не менее 45 с.
В целях равномерности бетона подача встроенного устройства допускается только из одной смесительной установки на каждый укладываемый слой.

Таблица 3. Объем испытаний по нормам TL Beton-StB

1) Только для строительных классов SV от I до III
2) Только для строительных классов SV от I до III, для строительных классов от IV до VI, как минимум, один раз в день

4. Испытания

Контроль в процессе производства

Перед началом работ необходимо провести контрольные испытания исходных материалов. Испытания в процессе производства - это контроль, осуществляемый подрядчиком (см. также таблицу 3). Они проводятся с целью
подтверждения того, что будут достигнуты необходимые свойства бетона. Результаты контроля в процессе производства должны фиксироваться в протоколе испытаний, который содержит все данные, требуемые по нормам TL Beton-StB. Они являются основанием для данных, которые станут составной частью договора на проведение строительных работ.

При проведении аналогичных строительных мероприятий со схожими местными и климатическими условиями разрешается обращение к уже имеющимся результатам контроля в процессе производства, если способ и свойства исходных материалов бетонной смеси, лежащие в основе контроля, не были изменены, и актам испытаний не более 2 лет.

Образцы по всем предусмотренным для производства стройматериалам (возвращаемые образцы) передаются заказчику по требованию.

Заводской производственный контроль

Необходимо осуществлять заводской производственный контроль. Заводской производственный контроль бетона для дорожных покрытий производится в соответствии с DIN EN 206-1, 1045-2 и нормами TL Beton-StB (см. также таблицу 3).
Если бетон не поставляется, а изготавливается укладчиками на месте, контроль и сертификация, проводимые аккредитованным органом контроля и сертификации, не требуется. Вместо этого заказчик выполняет контрольную проверку.

5. Примеры состава смеси

5.1 Бетон для нижнего слоя дорожных покрытий
5.2 Бетон для верхнего слоя дорожных покрытий (бетон с обнаженным заполнителем)
5.3 «Мягкий» бетон
5.4 Быстротвердеющий бетон