Применение новых материалов в дорожном строительстве

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ

Традиционных вариантов для устройства поверхности автомобильной дороги в мире не так уж много. В наше время их перечень становится все шире: инновационные решения в сфере дорожного строительства и ремонта позволяют сделать перемещение автотранспортных средств более безопасным, а сами дорожные одежды — более долговечными. Отдельные области приложения инноваций — дорожные основания и элементы транспортной инфраструктуры.

Повышение требований к безопасности и комфорту перемещения автотранспортом является, пожалуй, наиболее мощным драйвером в дорожно-строительной сфере. Оптимизация расходов на строительство автотрасс и сопутствующей им инфраструктуры занимает при этом почетное второе место.

Отдельные «прорывные» решения, позволяющие улучшить по одному из параметров качество дорожных одежд или основания дороги, несомненно, важны — однако много важнее в практике дорожного строительства решения комплексные, касающиеся сразу ряда эксплуатационных характеристик. К числу такого рода решений относится, к примеру, технология superpave, название которой происходит от сокращенного выражения superior performance asphalt pavements (асфальтовое покрытие с наилучшими характеристиками). Система superpave является новым продуктом Стратегической исследовательской программы по шоссейным дорогам (SHRP), реализуемой в США.

Говоря коротко, superpave — это комплексная система проектирования составов смесей, удовлетворяющих самым высоким требованиям к эксплуатационным характеристикам в зависимости от транспортной нагрузки, климатических и структурных условий на конкретном участке укладки покрытия. Улучшение эксплуатационных характеристик покрытия достигается за счет проектирования и сочетания наиболее подходящего битумного вяжущего, минерального компонента и, если это требуется, модификатора. Такой подход позволяет добиться существенного снижения количества таких дефектов дорожных покрытий, как образование колей, а также усталостного и термического растрескивания.

На этапах разработки технологии superpave выполненные согласно ей участки автодорог подвергались воздействию реальных температур повседневной эксплуатации асфальта — а кроме того, проверялась стойкость покрытия к возрастной деформации, механическим, химическим и другим воздействиям. В результате был получен комплект, объединяющий в единую систему проектирования и анализа смесей более 25 продуктов для дорожно-строительной отрасли. К их числу относятся технические условия на новые материалы, методы испытаний, методы проектирования смесей и многое другое. При этом продукты superpave применимы к конкретным климатическим условиям и транспортным нагрузкам на любом участке дорожного покрытия на территории США и Канады. Система применима для свежих и рециклизованных плотных, горячих асфальтобетонных смесей (ГАС), с модификаторами или без них, для укладки новых покрытий, а также для ресайклинга их поверхностных слоев.

Хотя в России единой системы, объединяющей лучшие наработки в сфере дорожного строительства и ремонта, пока нет, попытка создать отечественный аналог системы superpave все же имеет место. Российская попытка создать оптимальное дорожное покрытие за счет точного подбора компонентов асфальтобетонной смеси получила название «СПАС». Испытания дорожных одежд нового типа продемонстрировали, что новое покрытие имеет срок службы на 20—30% больше, чем традиционное, в том числе за счет устойчивости к образованию колеи. Тестирование нового покрытия автодорог проходило на опытных участках трасс общей протяженностью в несколько сотен километров в Северо-Западном и Уральском федеральных округах.

С необычными компонентами при укладке основания дорог и дорожных одежд в России также активно экспериментируют. Несколько лет назад на Урале, на участке автотрассы Кундавы — Варламово компанией «Южуралавтобан» были опробованы технологии укладки дорожных одежд из сталефибробетона и основания трассы с использованием бетона из кремнезема. Новые технологии были испытаны на двух экспериментальных участках длиной 150 метров каждый. В сталефибробетон под высоким давлением добавляют обрезки стальных тросов (фибру), что создает для материала дорожного покрытия своеобразный каркас. В результате прочность такого материала значительно выше, чем у бетона обычных марок, что позволяет укладывать его более тонким слоем.

Микрокремнезем, предназначенный для укладки в дорожное основание, обеспечивает значительную гибкость и возможность избежать трещин. Укладывается микрокремнезем с применением обычной дорожной техники — автогрейдеров, асфальтоукладчиков, использования какого-то дополнительного оборудования при работе с ним не требуется.

Как известно, настоящим бичом для дорожного полотна являются трещины. Вода, проникающая в микроскопические полости на дороге, при понижении температуры застывает и увеличивается в объеме. При оттаивании вода испаряется, оставляя в дорожном покрытии трещины. При эксплуатации дороги трещины становятся длиннее, глубже и шире, из-за чего дорожным одеждам требуется ремонт, а иногда и замена. Неудивительно, что усилия сотен инноваторов со всего мира направлены на то, как минимизировать, а то и вовсе избежать образования трещин, найти оптимальное средство для их заделки — либо же решить проблему кардинально, создав самовосстанавливающееся дорожное полотно.

К числу решений второго рода относится идея, выдвинутая учеными из университета города Делфт в Голландии. Они предлагают ввести в состав предназначенного для укладки асфальтобетона проводящие электричество волокна в конфигурации замкнутых контуров. При ремонте через волокна-наполнители вокруг трещины пропускается электрический ток, и в дорожном покрытии генерируется тепло такой температуры, что входящее в состав дорожного покрытия вяжущее плавится и заполняет трещину.

Швейцарские исследователи из организации Empa совместно со своими коллегами из ETH Zurich предлагают использовать при дорожном ремонте наночастицы оксида железа. При этом наночастицы вводятся в область трещин и подвергаются воздействию переменного магнитного поля. При таком воздействии материал дорожного полотна размягчается и восстанавливается — на заделку одной трещины подобным методом, как уверяют авторы технологии, требуется всего несколько секунд.

Ученые из университета Миннесоты-Дулут (США) предложили при заделке дорожных трещин использовать оригинальный состав. Он включает в себя местную железную руду, содержащую магнетит (1—2%), битум, крошку переработанных дорожных и тротуарных покрытий, а также черепицы. После заделки трещин такой смесью последняя нагревается с помощью микроволнового блока, который прикреплен к грузовику ремонтной бригады. Как утверждают авторы разработки, участок дороги, отремонтированный таким способом, не потребует повторного ремонта в несколько раз дольше, чем если бы он был восстановлен с помощью традиционного состава из битума и асфальтобетона.

Необычный способ разрешения проблемы повреждения автодорог водой, попадающей в трещины дорожного покрытия, предложили российские ученые из Тюменского индустриального университета. Для дорожных одежд вместо привычного асфальтобетона они порекомендовали использовать природный материал — диатомит. Построенные из него дороги будут отталкивать воду, что исключает образование трещин; к низким температурам окружающей среды этот материал также невосприимчив. Диатомит — кремниевая порода, обладающая высокими адсорбционными и теплоизолирующими свойствами. Учитывая то, что залежи этого материала просто огромны и находятся практически на поверхности земли, добыча диатомита обходится недорого. Сообщается, что уже построено несколько экспериментальных участков автодорог на основе диатомита; их эксплуатация определит дальнейшие перспективы использования этого материала в дорожном строительстве.

Мосты, эстакады и другие элементы транспортной инфраструктуры служат одной из важнейших областей приложения инноваций в интересующей нас области. Несомненно, одним из самых интересных и уже получивших довольно широкое распространение решений является использование высокопрочного бетона Ductal, разработанного компанией LafargeHolcim. Прочность этого материала на сжатие составляет 130—150 МПа, что в десять раз больше, чем у стандартных марок бетона. Ductal характеризуется как UHPC, ультравысокопрочный бетон, что позволяет получать из него конструкции в несколько раз тоньше и легче, чем из обычного бетона, без потери рабочих качеств — это способствует снижению веса конструкций, а кроме того, снижению расходов на доставку и монтаж.

Бетон Ductal используют при строительстве мостов, дорожных развязок, эстакад. Кроме того что изготовленные из него элементы таких конструкций обладают небольшим весом, Ductal имеет рекордно низкий показатель пористости, не подвержен абразивному износу и легко выдерживает воздействие окружающей среды и химически активных веществ. Использование этого инновационного материала существенно увеличивает срок эксплуатации искусственных сооружений, будь то дорожная развязка или мост. При этом его внешний вид также выше всяких похвал, что позволяет использовать Ductal для изготовления декоративных конструкций самого разного рода.

Кроме решений, касающихся непосредственно автотрасс и дорожных сооружений, в практике дорожного строительства важное место занимают методы для укрепления насыпей, склонов, откосов, колодцев и других элементов инфраструктуры. В этой области также имеются интересные решения. В 2011 году в пятерку изобретений, далающих мир чище и комфортнее, вошло бетонное полотно Concrete Canvas, разработанное учеными из Великобритании. За годы, прошедшие с тех пор, инновационная разработка получила распространение в строительной практике многих стран мира, включая Россию.

Бетонное полотно Concrete Canvas представляет собой два текстильных слоя с начинкой из сухой цементной смеси высокого качества. Слои соединены между собой текстильными волокнами. С внутренней стороны полотно покрыто слоем ПВХ.

Полотно хорошо гнется и легко раскатывается по любой поверхности. Его свойства кардинально меняются спустя пару часов после смачивания водой. Цементная смесь застывает — и полотно превращается в прочный слой армированного бетона. Таким образом, чтобы получить высокопрочное, долговечное, устойчивое к различным воздействиям и нагрузкам покрытие, не требуется раствор, миксеры, опалубка, оборудование для торкретирования: достаточно рулона бетонного полотна Concrete Canvas. Для крепления бетонного холста на поверхности — например, на грунте — используют обычные анкера или стальные колья со шляпками, чтобы скрепить слои между собой — герметик или строительный раствор. Полученное таким способом покрытие прочнее торкрет-бетона, не пропускает влагу, устойчиво к агрессивным средам и ультрафиолетовому излучению — а кроме того, выдерживает до 300 циклов замораживания/оттаивания. Почему бы в таком случае не использовать Concrete Canvas в качестве альтернативного дорожного полотна? Дело в том, что его укладка производится таким образом, чтобы край предыдущего куска перекрывал край следующего: это необходимо для их последующего скрепления между собой. Образующиеся при таком способе соединения стыки усложняют движение по Concrete Canvas транспортных средств. Кроме того, собранная из раскатанных рулонов инновационного полотна автодорога была бы намного дороже даже монолитной бетонной. А вот для укрепления отдельных элементов дорожной инфраструктуры она подходит идеально.

Завершая разговор о новых методах дорожного строительства и транспортной инфраструктуры, нужно отметить, что в этой области за некий инновационный подход нередко выдаются попытки решить совершенно другие задачи. Если устройство подогреваемых участков трассы (как, например, в Японии) имеет целью разрешить проблему обледенения дорожных покрытий в холодное время года, что хоть и не везде рентабельно, но практично, то имеются и многочисленные примеры совершенно бесполезных для дорожной отрасли решений. К их числу относятся укладка дорожных покрытий с использованием переработанного пластика, автомобильных покрышек и выбрасываемых океаном на берег морских водорослей. Добавление подобных компонентов в асфальтобетонную смесь в лучшем случае ничего не добавляет к эксплуатационным качествам дорожных покрытий — а строительство модульных дорог целиком из пластика (вроде того, что ведется в Голландии) даже у неспециалистов вызывает логичные вопросы о безопасности езды по ним. Спору нет, экология — важная сфера человеческой жизнедеятельности, однако откровенных спекуляций на теме защиты окружающей среды в наше время предостаточно. И выдавать за благо для дорожно-строительной отрасли сомнительные, а то и прямо убыточные технологии, позволяющие избавиться от разного рода отходов, — как минимум нечестно.

Источник

Новые технологии строительства автомобильных дорог

По статистике, более 80% дорог в России нуждаются в реконструкции и безнадежно устарели. Для эффективного решения проблем необходимо внедрять новые технологии.

Наиболее распространенными являются две технологии:

Этапы строительства дорог

Асфальтобетон и его особенности

Это смесь мелкофракционного щебня, гравия или песка с вяжущей основой. Укладывать асфальтобетон необходимо в горячем виде, после чего покрытие разравнивают и уплотняют техникой. Согласно ГОСТ 9128-2009 температура асфальтобетонной смеси при укладке должна быть не менее 105 градусов по Цельсию. Чем холоднее асфальт – тем хуже он утрамбовывается.

Важно! Укладка должна проводиться при температуре воздуха не ниже 5ºС и обязательно в сухую погоду. Монтаж асфальта во время дождя снижает износостойкость покрытия, уже через полгода на покрытии появятся трещины и выбоины.

Укладка происходит слоями, толщиной 4-7 см. Для лучшей адгезии используется битум. Асфальтирование дорог и площадок во дворах выполняют в один слой. Дороги со средней нагрузкой – в 2 слоя, шоссе и автострады – в 3 слоя, иногда армируют.

Особенности монтажа цементобетонных дорог

Это более сложная и длительная технология, но и покрытия в итоге отличаются высокой прочностью и долговечностью. На подготовленное основание монтируют рельс-формы (аналог опалубки), производят армирование поверхности, после чего начинают заливку бетона. Для придания покрытию гладкости используются специальные машины. Для нормального затвердения цемента важно сохранить его во влажном состоянии, поэтому поверхность покрывают пленкообразующими материалами – лаками, каучуковыми или битумными эмульсиями и др.

Сборные бетонные дороги делают из готовых армированных плит. Они тоже хорошо выдерживают нагрузку, но слабое место у таких дорог – швы и просадка – даже несколько миллиметров разницы в высоте существенно ухудшают качество езды.

Интересно! В США 80% автомобильных дорог выполнены из цементобетона, в Германии – около 40%, в России всего 3%!

Строительство дорог – это профиль компании «Серпухов-Строй»! Компания использует качественные материалы и проверенные технологии и специализируется на работах любой сложности!

Инновации в строительстве автомобильных дорог

Технологии не стоят на месте, специалисты активно ищут замену классическому покрытию. И их разработки действительно впечатляют!

Самоисцеляющийся асфальт

Разработка ученых из Нидерландов. На этапе укладки асфальт насыщают токопроводящими волокнами. Если начинает образовываться трещина, через волокна пропускается электрический ток в непосредственной близости от дефекта. Ток генерирует внутреннее тепло, расплавляя битум – он склеивает обе поверхности трещины. Похожее покрытие разработали и швейцарцы, только в состав асфальта включили мелкие частицы железа и подвергли их воздействию переменного магнитного поля.

Дороги с отведением грунтовых вод

Ученые предлагают использовать проницаемые мостовые материалы для уменьшения ливневых стоков. Также такое свойство не позволит образовываться льду на асфальте. Покрытие спроектировано с пустотами, через которые влага проникает к основанию и выводится через траншею в линию сточных вод.

Дороги с функцией «антизаморозка»

В Японии, где часто наблюдаются снегопады, стали использовать технологию «снежных» труб. В структуру дорожного полотна встраиваются коммуникации, по которым идет горячая вода. Температуры трубы достаточно, чтобы растопить снег. Особо загруженные и важные трассы дополнительно подогревают циркулирующей горячей водой. Другой пример – Solar Roadways, дорожные панели с нагревательными элементами и светодиодами. Вся площадь покрытия превращается в единый нагреватель, под действием постоянного тока 48 вольт асфальт просто не дает скапливаться снегу и влаге. Правда, и цена удовольствия в 2,5 раза выше обычного асфальтобетона.

Дорога для электромобилей

Нет, это не персональное шоссе для электрокаров, это трасса, которая способна подзаряжать аккумулятор транспортного средства. В покрытие встроен специальный рельс, передающий автомобилю электричество во время движения. Такую дорогу построили в Швеции, электричество подается только, когда над рельсом проезжает машина.

Дороги из пластика

Разработчики из Голландии уверяют, что такие дороги будут более дешевыми, экологичными и прослужат не менее 80 лет. Проект известен под названием PlasticRoad. Испытания нового покрытия уже ведутся, но пока компания не раскрывает «волшебную формулу». Плиты будут производить из переработанных пластиковых отходов. Укладка таких дорог занимает в 2-3 раза меньше времени, чем асфальтовых. Разработчики заверили, что пластик выдержит температуру до +80 градусов и не накапливает тепло. Для прокладывания коммуникаций будут предусмотрены специальные полости.

Предлагаются решения и для уже существующих дорог. Голландские разработчики создали состав Ecosel Asphalt Protection – им обрабатывают поверхность для предотвращения обледенения. Это снижает риск ДТП и уменьшает время и расходы на чистку дорог.

Разработчики из Нидерландов создали специальную краску для разметки дорог. С наступлением темноты она начинает светиться. Также в состав включен компонент, который реагирует на снижение температуры: как только она снижается до 0 градусов (дорога становится скользкой), на разметке появляются снежинки, предупреждающие водителей об опасности. Состав уже протестировали, сделав разметку на одном из шоссе возле границы с Бельгией.

Использование инноваций экономически оправдано: такие дороги более безопасны и долговечны, вот только приживутся ли такие технологии в России – покажет время.

Источник