Цементобетонные покрытия автомобильных дорог являются наиболее долговечным видом покрытий. В России проектный срок службы цементобетонных покрытий составляет 20-25 лет (за рубежом – 40-50 лет), асфальтобетонных 10-15 лет. Реальный, фактический межремонтный срок службы покрытий в условиях России, по ряду объективных и субъективных причин, намного ниже проектного. Поэтому повышение долговечности цементобетонных покрытий является актуальной задачей. Наиболее перспективным в настоящее время является дорожный цементный бетон с прочностью на растяжение при изгибе, его расчётной характеристикой, соответствующей по величине классу не ниже Вtb4,8 (марок не ниже Ptb60). Эта величина прочности бетона определяет высокую несущую способность покрытий, их выносливость и трещиностойкость.
Такая прочность дорожного бетона обеспечивается при использовании стандартных, выпускаемых отечественной промышленностью материалов за счёт снижения водоцементного отношения до величин 0,28-0,38, использования комплексных химических добавок (воздухововлекающих добавок и суперпластификаторов) и армирования различной фиброй. При этом прочность бетона на сжатие соответствует классам не ниже В35 (маркам не ниже М450), что, в свою очередь, определяет высокую износостойкость цементобетонного покрытия, стойкость против скалывания на кромках плит и к истиранию, готовность покрытия к нарезке деформационных швов в установленные технологическими правилами сроки, к раннему открытию движения автотранспорта и др.
Проблема шелушения поверхности цементобетонных покрытий, образования колеи износа, выбоин и трещин в большинстве случаев связана с низкой морозостойкостью и истираемостью бетонов. В период эксплуатации дорожный бетон подвергается интенсивному воздействию не только транспортных нагрузок, но и попеременному замораживанию и оттаиванию в соляных растворах. Применение полимерной фибры при приготовлении бетонной смеси и обработка поверхности цементобетонных покрытий гидрофобизирующими составами позволяет значительно улучшить физико-механические свойства дорожного бетона и повысить его долговечность.
Испытания на прочность (таблица 1) и морозостойкость (таблица 2), а так же истираемость (таблица 3) дорожного фиброцементобетона, приготовленного с применением полимерной фибры швейцарской компании «BruggContec AG» микро-фибра Fibrofor High Grade и макро-фибра Concrix, проведенные Московским государственным строительным (2015 г.) и Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетами (2016-2017 гг.), показали что использование фибры увеличивает прочность на растяжение при изгибе до 20 %, в том числе после попеременного замораживания-оттаивания в 5%-ном растворе хлорида натрия (использовался 3 метод), а так же позволяет уменьшить истираемость бетонного покрытия до 60 %.
Таблица 1
Прочность бетона при сжатии и прочность на растяжение при изгибе | |||||||
№ п/п | Состав | Количество фибры | Прочность при сжатии, МПа | Прочность на растяжение при изгибе, МПа | Соответствие классу по Btb, 28 cут. | ||
7 сут. | 28 сут. | 7 сут. | 28 сут. | ||||
1 | Контрольные образцы | нет | 44,6 | 49,7 | 3,52 | 4,61 | B35-B40 |
2 | С фиброй Fibrofor High Grade | 1 кг/м3 | 48,2 | 56,7 | 3,93 | 5,63 | B40-B45 |
3 | С фиброй Concrix | 4,5 кг/м3 | 47,4 | 50,3 | 4,25 | 5,89 | B35-B40 |
Таблица 2
Прочность бетона при сжатии после попеременного замораживания-оттаивания в 5%-ном растворе хлорида натрия | |||||
Основной образец (20 циклов), МПа | соответствие морозостойкости, | С микрофиброй Fibrofor HG 190 (37 циклов), МПа | соответствие морозостойкости | С макрофиброй Concrix ES 50 (37 циклов), МПа | соответствие морозостойкости |
43,1 | F2200 | 50,6 (+17 %) | F2300 | 53,0 (+22 %) | F2300 |
Таблица 3
Сравнительное испытание истираемости дорожных покрытий из фиброцементобетонов под действием шиповоной резины на универсальном комплексе «КАРУСЕЛЬ» | ||||
№ п/п | Состав | Количество фибры | Истираимость бетонной плиты после 90000 проходов колеса, мм | Соответствие классу истираимости |
1 | Контрольные образцы | нет | 10,1 |
|
2 | С фиброй Fibrofor High Grade | 1 кг/м3 | 4,7 (глубина колеи уменьшилась на 53 %) | Класс истираемости не определялся |
3 | С фиброй Concrix | 4,5 кг/м3 | 4,8 (глубина колеи уменьшилась на 52 %) | Класс истираемости не определялся |
Испытания на кольцевом стенде МАДИ показали, что применение при приготовлении бетонной смеси микро-фибры Fibrofor High Grade или макро-фибры Concrix позволяет повысить трещиностойкость плит цементобетонных покрытий под действием динамических нагрузок. Так, после 90 тыс. проходов колеса с шипованной резиной из 6 плит, изготовленных из бетона без добавления фибры, без трещин осталась только одна плита. Из 6 плит, приготовленных из бетона с макро-фиброй Concrix, без трещин оказалось 3 плиты после завершения испытания на истираемость. Из 6 плит, приготовленных из бетона с микро-фиброй Fibrofor High Grade, без трещин оказалось 4 плиты. Только две плиты были с трещинами после завершения испытания на истираемость.
В период с 11 по 14 июля 2017 г. на территории Расвумчоррского и Кировского рудников КФ АО «Апатит» проведены опытно-промышленные испытания ускорителя Centrament Rapid 653, пластификатора TechniFlow 73, модификатора вязкости Centrament VMA2 и двухкомпонентного синтетического макро-волокна Concrix производства Brugg Contec AG в составе набрызгбетона при креплении горных выработок.
По результатам испытаний составлены и утверждены акты и получены следующие результаты (таблица 4).
Таблица 4
№ | Испытываемый продукт | Расход ускорителя, кг/м3 | Толщина наносимого слоя | Остаточная прочность на растяжении при изгибе, МПа | Прочность на одноосное сжатие, МПа | Прочность на растяжение при изгибе, МПа |
1 | Пластификатор базовый, Фибра базовая, Ускоритель базовый | 22,6 | стенки 3-5 см кровля 3-4 см | 1,8 | 29,8 | 4,1 |
2 | Пластификатор TechniFlow 73, Фибра Concrix, Ускоритель Centrament Rapid 653 Модификатор вязкости Centrament VMA2 | 14,64 | стенки 5-7 см кровля 2-4 см | 1,9 | 33,3 | 4,1 |