Дорожно-строительные материалы.

1. Цементобетон.

Специальные виды бетона

Разновидностями дорожного бетона, которые находят широкое применение для устройства дорожных покрытий, являются карбонатный и песчаный бетоны. Карбонатный бетон получают с использованием заполнителей карбонатных пород (известняк, доломит), имеющих хорошую адгезию с вяжущими веществами. В данном случае можно получить бетоны достаточно высокой прочности. Весьма важной прочностной характеристикой карбонатного бетона является его прочность на растяжение при изгибе (2-3,5 МПа). Марка карбонатного бетона по прочности при сжатии назначается в зависимости от прочности при изгибе: для марок по изгибу 2,0-2,5 МПа, при сжатии – не менее 10 МПа, а для марок по изгибу 3,0-3,5 МПа – не менее 15 МПа. Величина водоцементного отношения не ограничивается. Использование карбонатного бетона в дорожном строительстве экономически выгодно в том случае, если в районе строительства имеются запасы известняка или доломита, пригодных для приготовления таких бетонов. Эти бетоны по сравнению с обычными равнопрочными требуют на 10-20% меньше цемента. Особенностью карбонатного бетона является то, что необходима защита мелкого и крупного заполнителя от увлажнения как при транспортировании, так и при хранении. Поэтому при производстве карбонатных бетонов не реже 2-х раз в смену проверяют влажность материалов.

 Песчаный цементобетон является перспективным материалом, особенно там, где имеются большие запасы песка и отсутствует крупный заполнитель, а расходы на его перевозку с других мест связаны с большими денежными и трудовыми затратами. Песчаный бетон имеет мелкозернистую структуру. В его состав входят цемент и мелкий заполнитель – песок, а также поверхностно-активные добавки. Последние вводятся с целью уменьшения водопотребности цементно-песчаной смеси, а также для повышения долговечности бетона. Особенностью этого бетона является то, что он дает значительную усадку. Ввиду значительной усадки бетона рекомендуется готовить жесткие цементно-песчаные смеси в смесителях принудительного перемешивания. Песчаный цементобетон, по сравнению с обычным, требует на 10% больше цемента, а его плотность приблизительно на 5% меньше, чем у обычного дорожного цементобетона. В зависимости от назначения марка песчаного бетона устанавливается по показателю прочности на растяжение при изгибе. По этому показателю (2-6 МПа) назначается марка песчаного бетона по пределу прочности на сжатие: - для оснований под усовершенствованные покрытия, если марки по изгибу 2,0; 2,5; 3,0 и 3,5 МПа, то марка на сжатие назначается не менее 10 МПа; - для нижнего слоя двухслойных покрытий: марки по изгибу 3,5 и 4,0 МПа, на сжатие – не менее 15,0 МПа; - для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий: марки по изгибу 4,5 и 5,0, на сжатие – не менее 30 МПа; марки по изгибу 5,5 и 6,0, на сжатие – не менее 35 МПа. Кроме карбонатного и песчаного бетонов в дорожном строительстве применяют гидротехнический и цветные бетоны. Гидротехнический бетон применяют для устройства дорожных труб, мостов, гидротехнических и подземных сооружений м др. целей. Он характеризуется повышенной стойкостью к агрессивному воздействию воды, переменному увлажнению и высыханию, а также водонепроницаемостью, высокой морозостойкостью и т.д. Поскольку гидротехнический бетон работает в тяжелых специфиче-ских условиях, то к материалам, используемым для его приготовления, предъявляются повышенные требования, в частности: применяют высокомарочный цемент, природные и искусственные средние и крупные пески. При этом, особое внимание обращают на крупный заполнитель. Пригодным для данного вида бетона считается щебень или гравий с плотностью не менее 2400 кг/м³, предел прочности при сжатии горных пород, из которых получают щебень, должен быть не менее 100 МПа. По морозостойкости гидротехнический бетон подразделяют на марки: Мрз50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. Основным требованием к бетону по морозостойкости является то, что после заданного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания гидротехнический бетон не должен терять более 10% массы и должен иметь прочность не ниже 85% прочности бетона контрольных образцов. Цветные бетоны получают путем использования цветных цементов или введением в бетонную смесь пигментов-красителей в количестве 8-10% от массы цемента. В качестве заполнителей применяют цветные граниты и мрамор, дробленый кирпич, слюду, кварциты и др. Такие бетоны обладают высокими декоративными свойствами и достаточной долговечностью. Цветные бетоны в дорожном строительстве используют при устройстве пешеходных переходов, парковых дорожек, разделительных полос на автомобильных дорогах и других целей.

	Дорожный бетон Разновидностью тяжелого бетона является дорожный бетон, который применяется при строительстве дорожных и аэродромных покрытий. Для приготовления дорожного бетона марка цемента должна быть не менее 400, а для оснований – не ниже 300. Бетон в дорожном покрытии подвергается воздействию различных погодно-климатических факторов (атмосферные осадки, колебания температуры, замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т.д.), поэтому к нему предъявляют повышенные требования по прочности, морозоустойчивости, износостойкости. Марка дорожного бетона по морозостойкости должна быть не ниже Мрз150. Для устройства оснований – Мрз50. Водоцементное отношение рекомендуется принимать не более 0,5 для верхних слоев дорожных покрытий, 0,6 – для нижних и не более 0,75 – для оснований Износостойкость дорожного бетона определяется структурой и составом верхнего слоя дорожного покрытия. Износ бетона увеличивается при использовании подвижных бетонных смесей с большим водоцементным отношением в связи с тем, что при уплотнении на поверхности бетона образуется слой недостаточно прочного раствора. Износостойкость дорожного бетона значительно понижается, если его твердение происходит в условиях низких температур и недостаточной влажности среды. Исходные материалы для приготовления дорожного бетона должны быть высокого качества. Песок используется преимущественно природный крупно-, средне-, мелкозернистый с содержанием пылевато-глинистых примесей не более 3%. К мелкозернистому песку необходимо добавлять высевки в количестве 35%. Щебень и гравий рекомендуется применять оптимального гранулометрического состава с примесями не более 1%. Предельная крупность зерен щебня для однослойного и нижнего слоя двухслойного покрытия – 40 мм, а для верхнего слоя двухслойного покрытия – 20 мм. В дорожном строительстве бетонные смеси приготавливают на бетоносмесительных установках циклического действия типа С-243-2А или на передвижных установках непрерывного действия типа С-543. Производительность данных установок 100-200 м^3/смену. Укладку, уплотнение и отделку выполняют с помощью комплекта бе-тоноукладочных машин: бетоноукладчика Д-375, бетоноотделочной машины Д-376 и машины для нарезки швов в бетонном покрытии. Уход за свежеуложенным дорожным бетоном осуществляется, как за обычным бетоном. .
Транспортировка и укладка цементобетонных смесей

К месту работы смесь доставляется различными способами в зависимости от объема работ и дальности транспортирования. Смесь транспортируют автомобилями-самосвалами, вагонетками, , бетононасосами, бадьями и др. При строительстве дорог бетонную смесь обычно перевозят автомобилями-самосвалами. Продолжительность транспортирования смеси не должна превышать срока начала схватывания цемента. Наибольшая продолжительность перевозки в зависимости от температуры наружного воздуха должна быть не более: от +30 до + 20^oС – 45 мин; от +19 до + 10^oС – 90 мин; от +9 до + 5^oС – 120 мин. При перевозке готовой бетонной смеси в жаркую погоду необходимо принимать меры, препятствующие испарению влаги из смеси. Технологический процесс укладки бетонной смеси состоит из распределения, уплотнения смеси и отделки поверхности покрытия. Укладка производится бетонораспределительными машинами, а уплотнение бетонной смеси – вибрированием, вакуумированием, центрифугированием и др. Наиболее распространенным видом уплотнения бетонной смеси является вибрирование. Для виброуплотнения применяют поверхностные и глубинные вибраторы. Об эффективности виброуплотнения бетонной смеси судят по коэффициенту уплотнения – отношение фактической объемной массы уплотненной бетонной смеси к ее теоретической объемной массе. Коэффициент уплотнения обычно равен 0,95-0,98.

Кроме того, при зимнем бетонировании используют электро- и паро-прогрев смеси непосредственно в бетоносмесителе. При строительстве цементобетонных дорожных и аэродромных покрытий и оснований применяют и «холодный» бетон. В этом случае в бетонную смесь вводят комбинированную добавку хлористого кальция и хлористого натрия. Холодный бетон можно укладывать при t = –15?С. Общее содержание солей назначают из расчета самой низкой температуры, ожидаемой в ближайшие 8-10 суток, однако их масса не должна превышать 15-16% от массы цемента, т.к. в противном случае понижается морозостойкость цементобетона, повышаются водопроницаемость, усадка и хрупкость. Нарастание прочности холодного бетона происходит относительно медленно: за 28 суток – до 50-60% и за 90 суток – 90-100% от проектной марки бетона. Для изготовления железобетонных изделий использовать холодный бетон нельзя, т.к. соли, содержащиеся в нем, вызывают коррозию арматуры.

 

Асфальтобетон - битумоминеральный материал, полученный в результате уплотнения асфальтобетонной смеси, отвечающий требованиям нормативных документов.

Асфальтобетон дренирующий - является разновидностью высокопористого материала и предназначен для устройства дренирующих покрытий. Обеспечивает удаление воды через покрытие в специальные водоотводные лотки, устраиваемые на обочинах. Применяют в виде конструктивного слоя с большим поперечным уклоном.

Асфальтобетонная смесь - рационально подобранный материал, состоящий из минеральных компонентов (щебня или гравия), песка, минерального порошка с битумом и добавками, взятых в заданных пропорциях и перемешанных в нагретом состоянии в установке. В зависимости от вязкости применяемого битума асфальтобетонные смеси бывают горячие и холодные.

Асфальтобетонные смеси горячие - смеси, приготовленные на вязком нефтяном битуме и укладываемые при температуре выше 120°С. Горячие асфальтобетонные смеси в зависимости от наибольшего размера минеральных зерен подразделяются на крупнозернистые с размером зерен до 40 мм; мелкозернистые - до 20 мм и песчаные - до 5 мм. В зависимости от величины остаточной пористости бывают: высокоплотные с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5 %, плотные - 2,5...5,0 %, пористые - 5,0...10,0 %, высокопористые -10,0...18,0 %. В зависимости от содержания щебня подразделяются на типы: «А» - содержание щебня 50...60 %; «Б» - 40...50 %; «В» - 30..40 %; «Г» - без щебня на дробленом песке или смеси природного и дробленого песка при содержании дробленого не менее 70 %; «Д» - без щебня на природном песке или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе. По качеству компонентов и асфальтобетона подразделяют на марки: высокоплотные - марка I; плотные - тип «А» марки I, II, типы «Б» и «Г» марки I...III, типы «В» и «Д» марки II, III; пористые и высокопористые - марки I, II.

Асфальтобетонные смеси холодные - смеси, приготовленные на жидком битуме и укладываемые с температурой не менее 5°С; в зависимости от наибольшего размера минеральных зерен подразделяются на мелкозернистые с максимальной крупностью зерен щебня до 20 мм и песчаные - до 5 мм. Остаточная пористость должна быть 6... 10 %. В зависимости от содержания щебня подразделяются на типы: «Б» - содержание щебня 40...50 %, «В» - 30...40 %, «Г» - без щебня на дробленом песке, «Д» - без щебня на природном песке.

Битумоминеральные материалы - материалы, получаемые смешением на дороге или в установке минеральных компонентов (песок, щебень, гравий) с битумом или битумной эмульсией. Например, асфальтобетон и его разновидности ЩМА, ЛЭМС; материалы для поверхностной обработки; пропитки (прямая и обратная); черный щебень; битумные шламы; влажные битумоминеральные смеси и др.

Классификация бетонов - бетоны разделяют на виды по следующим признакам. По средней плотности - на особо тяжелые (плотность более 2500 кг/м³), тяжелые (плотность 1800-2500 кг/м³), легкие (500-1800 кг/м³) и особо легкие. По назначению - на конструкционные (применяемые в промышленном, транспортном, гидротехническом, гражданском строительстве) и специальные (теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные и др.). По физико-механическим свойствам классифицируются на соответствующие марки (по прочности при сжатии и при изгибе, по прочности на осевое растяжение, по морозостойкости, по водонепроницаемости. По виду вяжущего бывают: цементные, известковые, шлаковые, гипсовые, специальные.

Эмульсионно-минеральные смеси (ЭМС) для устройства слоев износа - рационально подобранная смесь из минерального заполнителя, катионактивной эмульсии и добавок, взятых в определенных пропорциях. Компоненты перемешивают в специальном бункере специализированной укладочной машины при температуре окружающей среды не ниже +10 °С. В зависимости от комплекса физико-механических свойств и применяемых материалов ЭМС делятся на два вида - А и Б. По крупности минерального заполнителя и области применения ЭМС подразделяются на 3 типа: ЭМС-I - максимальная крупность зерен 2,5 мм (применяют в местах парковок и при ремонтах внутриквартальных проездов); ЭМС-II - максимальная крупность зерен 5 мм (применяют для ремонта внутриквартальных проездов); ЭМС-III - максимальная крупность зерен 1 мм (применяют на магистральных улицах и дорогах, а также для ликвидации колей).

Абсорбция (объемное поглощение) - поглощение вещества из раствора или газовой смеси абсорбентом (твердыми телами или жидкостями).

Адгезия (прилипаемость) - способность вяжущего прилипать к поверхности наполнителя (каменного материала). Адгезия определяет прочность на границе раздела фаз: минеральный материал - вяжущее. Определяется величиной межмолекулярного притяжения.

Адсорбционные слои - слои на поверхности каменного материала с повышенной концентрацией высокомолекулярных составляющих битума.

Адсорбция - способность поглощения элементов адсорбента поверхностным слоем твердого или жидкого тела. Поглощаемое вещество называют адсорбентом.

Активация материалов - повышение активности поверхности минеральных материалов, основанное на обработке их поверхностно-активными веществами или активаторами (известью и др.) в момент образования свежих поверхностей (при дроблении, измельчении и т. п.) с использованием их особого энергетического состояния и резко изменяющейся реакционной способности. Выполняют на камнедробильных базах, заводах и др.

Активность вещества - способность вещества (материала) изменять поверхностное натяжение, адсорбируясь в поверхностном слое на границе раздела фаз.

Активность цемента (марка) - фактический предел прочности при сжатии половинок балочек (4×4×16) из цементного раствора нормальной густоты (песок: цемент в соотношении 1:3) на 28 сутки.

Влажность - (природная или естественная) - количество воды, содержащееся в материалах, в процентах по массе или по объему.

Водонасыщение - величина, характеризующая пористость материала или горной породы. За величину водонасыщения принимают количество воды, поглощенное образцом в вакууме (полное заполнение пор водой) и выраженное в процентах от его первоначального объема или массы.

Водопоглощение - способность материала или горной породы впитывать и удерживать воду при атмосферном давлении воздуха и непосредственном соприкосновении с водой. Характеризуется количеством удерживаемой воды в процентах от массы или объема высушенного образца.

Водородный показатель (рН) - отрицательный десятичный логарифм концентрации водорастворимых ионов в водном растворе, характеризующий степень кислотности (щелочности) раствора. В нейтральном растворе рН = 7, в кислом - рН < 7, в щелочном - рН > 7.

Водостойкость - способность материала противостоять разрушению при водонасыщении. Характеризуется коэффициентом водостойкости (степень снижения прочности материала при водонасыщении).