Материалы

Тощий бетон с дисперсным битумом

А.С. Пыжов, С.Ю. Андронов

Современное состояние эксплуатации автомобильных дорог – увеличе­ние интенсивности движения, рост осевых нагрузок – требует совершенство­вания методов конструирования и расчёта дорожных одежд, применения прогрессивных технологий строительства и использования в дорожных кон­струкциях материалов, которые бы обеспечивали большой срок службы, а также сохранение эксплуатационных характеристик дорожного покрытия. Традиционные конструкции дорожных одежд из асфальтобетона и цементобетона в силу особенностей свойств применяемых в них вяжущих материалов не могут исключить отдельные дефекты таких покрытий. Основными причинами возникновения этих дефектов являются зависимость прочностных и деформационных характеристик асфальтобетона от факторов окружающей среды и высокая жёсткость цементобетона, требующая обязательного устройства температурных швов.

Одним из признанных методов повышения дорожно-технических свойств материалов для устройства конструктивных слоёв дорожных одежд является комплексное применение минеральных (цементов) и органических (битумов) вяжущих, что позволяет получать комбинированные материалы с необходимым комплексом свойств.

Изменение относительного содержания вяжущих позволяет получать материалы от цементного бетона с добавками битума до асфальта с добавками цемента. Во всех этих случаях получаются материалы с более высокими свойствами (прочность, водостойкость, морозоустойчивость, водонепроницаемость, сдвигоустойчивость, трещиностойкость). Приготовление смесей обычно осуществляется путём введения в увлажнённые минеральные составляющие (щебень, песок, минеральный порошок, цемент) нефтяного битума. Битум, как правило, вводится в составе битумной эмульсии на ионогенных эмульгаторах (анионных, катионных) [1].

Несмотря на все достоинства, материалы с применением битумных эмульсий в настоящее время являются экономически неэффективными. Современная практика показывает, что производство битумных эмульсий  с использованием дорогостоящих поверхностно-активных эмульгаторов и оборудования эмульсионных баз, нередко зарубежного производства, ведёт к повышению себестоимости материалов. К тому же, для приготовления комбинированных смесей, как правило, используют медленнораспадающиеся битумные эмульсии, требующие повышенного содержания жидкого эмульгатора, который негативно влияет на реакции гидролиза и гидратации цемента, замедляет скорость их течения. Получаемые смеси содержат повышенное количество воды за счёт предварительного увлажнения минеральных составляющих и воды, вводимой в состав эмульсий.

В СГТУ была предложена и разрабатывается технология цементоасфальта, исключающая применение готовых битумных эмульсий. Эта технология является развитием предложенного проф. Н.А. Горнаевым научного направления: «Бетоны на основе диспергированных органических вяжущих». В данном направлении также ведутся исследования литых и регенерированных асфальтов.

Исследованиями цементоасфальта с дисперсным битумом занимался    А.В. Потапов [2]. Главное преимущество предложенной технологии в сравнении с существующими состоит в отсутствии необходимости использования битумных эмульсий. Битум с температурой 150-160°С вводился в смесь увлажненных холодных минеральных компонентов. В процессе перемешивания в объёме смеси происходит образование медленнораспадающейся битумной эмульсии на твёрдом эмульгаторе (БЭТЭ). Роль эмульгатора-стабилизатора выполняют частички цемента, минерального порошка и песка. Готовая смесь практически холодная (рисунок). Применение цемента в качестве эмульгатора позволяет устранить ряд существенных недостатков при производстве цементоасфальта. Обязательным компонентом цементоасфальтовой смеси является вода, так как с её участием происходят все процессы структурообразования как на стадии приготовления смеси, так и в покрытии [3].

Технологическая схема приготовления цементоасфальтовой смеси

Оптимальное содержание цемента в смеси составляет 4%, а воды – 8%. Было установлено, что структурно-механические свойства цементоасфальта с дисперсным битумом не ниже свойств аналогичных материалов с применением битумных эмульсий. Свойства цементоасфальта зависят от содержания вяжущих и воды, условий хранения и природы поверхности минерального заполнителя.

С целью подтверждения результатов теоретических и экспериментальных исследований, отработки технологических режимов приготовления, укладки и уплотнения цементоасфальтовых смесей, определения области применения материала было осуществлено опытно-производственное освоение технологии приготовления смесей и строительство из них опытных участков. Результаты наблюдения и контроля подтвердили основные результаты исследований и показали высокие эксплуатационные качества покрытий и оснований из цементоасфальта.

На основании проведённого исследования и выполненных работ разработаны технические условия ТУ 218 РСФСР 558-86 «Смеси органоминеральные дорожные холодные с комплексным вяжущим (битум и цемент)».

В последнее время растёт интерес к укатываемым цементобетонам для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог [4]. Преимуществами укатываемых бетонов по сравнению с грунтами и каменными материалами, укреплёнными цементом, являются более высокая однородность и прочность таких бетонов при одинаковом и более низком расходе цемента. Одним из представителей таких материалов является тощий бетон. Тощий бетон приготавливается из цементощебёночной смеси специально подобранного гранулометрического состава. В отличие от обычных бетонных смесей она содержит значительно меньше цемента и воды, что обеспечивает повышение её упругопластических свойств и позволяет уплотнять её моторными катками сразу после распределения. К достоинствам тощего бетона можно отнести тот факт, что при сравнительно малых требованиях к исходным материалам он обладает высокими физико-механическими показателями. Экономичность дорожных одежд с применением тощего бетона обеспечивается за счёт простоты технологии производства работ, применения местных каменных материалов, экономии цемента, а также за счёт возможности устройства вышележащих конструктивных слоёв дорожной одежды без технологического перерыва. Существенным недостатком тощего бетона является его малая устойчивость к трещинообразованию. Для улучшения этого показателя известны случаи ввода в смесь битумных эмульсий [5], что позволяло существенно улучшить деформативные характеристики.

Анализ доступной научно-технической литературы показал, что исследования тощего бетона с добавками битума без применения битумных эмульсий не проводились.

Целью дальнейших исследований является разработка технологии производства и применения тощего бетона с дисперсным битумом. Для этого должны быть решены следующие задачи:

1. Проанализировать состояние вопроса по материалам с комбинированным вяжущим.

2. Изучить механизм структурообразования цементно-асфальтового камня.

3. Изучить структурно-механические свойства тощего бетона с дисперсным битумом.

4. Разработать рациональные составы смесей тощего бетона с дисперсным битумом.

5. Разработать технологию приготовления и укладки тощего бетона при устройстве слоёв дорожных одежд.

6. Обосновать методы эффективного уплотнения смесей тощего бетона.

7. Осуществить производственную проверку результатов лабораторных исследований.

8. Обосновать технико-экономическую эффективность применения  тощего бетона с дисперсным битумом в строительстве.

9. На основании проведённых исследований подготовить нормативно-техническую документацию для внедрения результатов работы в производство.

Таким образом, сформулированы основные задачи исследования. Решение поставленных задач позволит окончательно решить вопрос об эффективности и целесообразности применения тощего бетона с дисперсным битумом в строительстве.

Литература

1. А.с. № 193562 СССР МКИ с 04 В 13/30. Способ приготовления цементно-асфальтового бетона / Л.Б. Гезенцвей и др.

2. Потапов А.В. Процессы структурообразования и структурно-механические свойства цементоасфальтобетона: дис…канд. техн. наук / А.В. Потапов. Саратов, 1987. 241 с.

3. Горнаев Н.А. Технология приготовления асфальтобетонной смеси с дисперсным битумом: учеб. пособие / Н.А. Горнаев. Саратов: СГТУ, 1997. 61 с.

4. Гричаников В.А. Укатываемый цементобетон для дорожного строительства / В.А. Гричаников, В.В. Ядыгина // Строительные материалы. 2005. №4. С. 52–53.