|
В чем долговечность дорожной конструкции? (07.09.09)
Отечественными учеными теоретически обосновано применение в слоях дорожных одежд многочисленных традиционных и местных дорожно-строительных материалов, побочных продуктов и отходов промышленного производства в естественном и укрепленном виде, а с учетом накопленного опыта строительства и эксплуатации автомобильных дорог разработаны каталоги дорожных конструкций для различных климатических, грунтовых, геологических, гидрологических условий и категорий дорог.
На первый взгляд, вроде бы обсуждать нечего. Однако, с одной стороны, на стадии проектирования выбор дорожной конструкции осуществляется на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов, а с другой стороны, жизнь требует со временем пересмотров подходов и позиций с целью уточнения: не отказались ли мы от чего-то полезного, и не стоит ли отказаться от чего-то привычного, но уже не рационального.
Считаем, что для отдельных регионов страны и даже для нескольких зон каждого региона, обоснованно выделенных по вышеприведенным признакам с учетом наличия реальных дорожно-строительных материалов, местонахождения необходимых привозных материалов и путей их доставки, существует лишь одна, самая экономичная, долговечная и надежная дорожная конструкция для каждой категории автомобильных дорог. Сама собой напрашивается аналогия с конструкцией железнодорожного пути, которая в своей основе является неизменной во времени.
Итак, земляное полотно возводится из местного или привозного грунта в соответствии с действующими нормативными требованиями, и грунтовое основание имеет расчетный модуль упругости Ео.
Подстилающий слой основания устраивают при необходимости и, как правило, из песка; в случае использования грунтощебня толщина подстилающего слоя должна быть не менее 10 см по конструктивным соображениям.
Нижний слой основания дорожной одежды необходимо устраивать только из грунтощебня. Грунт по своему составу должен быть близок к оптимальному в данных местных условиях. Щебень может быть получен дроблением крупного гравия, местных каменных пород, в том числе и разнопрочных. Соотношение компонентов по объему 1:1.
Данная конструкция разработана в пятидесятые годы прошлого века в кандидатской диссертации начальника Воронежского областного управления автомобильных дорог А.Н. Долгова, под научным руководством выдающегося ученого России – дорожника, профессора Н.Н. Иванова. В техническом отношении данное решение надо считать просто гениальным, а материал конструктивного слоя дорожной одежды вечным. Известно, что прочность любого дорожного конгломерата (S) при нормальном давлении (Р) обусловлена двумя составляющими: силой трения (Р•tgφ) и сцеплением связностью (Cw): S= Р•tgφ +Cw. Щебень, создавая каркас грунтощебня, обеспечивает высокое значение коэффициента внутреннего трения, а грунтовая масса, уплотненная в пустотах между отдельными щебенками при оптимальной влажности до максимальной плотности, обладает коагуляционно-конденсационными связями между частицами и обеспечивает необходимую связность. Грунтовая масса исключает взаимное перемещение щебенок и их истирание во времени. Если допустить микроперемещения внутри грунтовой массы, то названные выше связи между частицами грунта мгновенно восстанавливаются. Вся влага в грунте находится в прочносвязанном состоянии и не может быть отнята щебнем, что исключает его размягчение со временем или морозное разрушение. Деструктивные процессы в структуре грунтощебня отсутствуют. Расчетный модуль упругости материала составляет 100 МПа и не изменяется во времени. И это главное.
Не рекомендуется применять грунтощебень при необеспеченном водоотводе.
По устроенному конструктивному слою из грунтощебня можно без каких-либо условий производить работы по устройству следующего слоя. Для автомобильных дорог
V категории грунтощебень должен стать основой дорожной конструкции и иметь толщину от 15 до 25 см. Покрытие в этом случае необходимо устраивать из битумоминеральных смесей для защиты грунтощебня от проникания воды сверху и исключения пылимости покрытия.
От покрытий гравийных и щебеночных пришло время отказаться прежде всего из-за их повышенного износа и вредного влияния на экологию.
Для автомобильных дорог IV-I категории грунтощебень целесообразно применять для устройства нижнего слоя основания толщиной в среднем 20 см, ввиду стабильности его свойств, а так же с целью увеличения общей толщины дорожной одежды и снижения ее стоимости.
В верхнем слое основания, являющимся основным несущим слоем дорожной конструкции, необходимо исключить использование дискретных материалов независимо от их прочности (кроме щебня из шлаков), так как в связи с их истиранием в процессе службы происходит накопление мелкозема и снижение прочности конструктивного слоя.
Наиболее рациональным материалом для несущего слоя основания является смесь щебня (гравия) с гранулированным доменным шлаком, являющимся малоактивным вяжущим.
Большой опыт по устройству слоев оснований дорожных конструкций из граншлакогравийных смесей накоплен во Франции; в России такие слои из граншлакощебеночных смесей применялись в опытно-производственном строительстве в ряде регионов.
Исследованиями установлено, что при содержании в смеси по весу 65% щебня, 35% гранулированного шлака и 10% воды к массе шлака после ее уплотнения стандартной нагрузкой формируется разъединенная структура конгломерата, когда щебень находится как бы в насыпном состоянии, а пустоты в нем заполнены спрессованной массой гранулированного шлака с коэффициентом уплотнения 1,78, [I] . По структуре полная аналогия с грунтощебнем. Отличие состоит в том, что гранулированный шлак, как и щебень, имеет высокое внутреннее трение, а связи между гранулами шлака со щебнем со временем становятся кристаллизационными за счет гидролиза и гидратации активных минералов шлака – бета двухкальциевого силиката ( до 20% в массе шлака) и других минералов мелилитового ряда.
Гранулированный шлак – «золотой» дорожно-строительный материал. Если бы он не являлся побочным продуктом металлургической промышленности, то его надо было бы научиться получать искусственно для дорожного строительства. Кинетика набора прочности образцов из граншлакощебеночных смесей такая же, как и у белита, которая известна из теоретических положений химии цементов. Белит набирает прочность в течение 15–20 лет и обуславливает долговременную прочность изделий на основе портландцемента.
Расчетный модуль упругости граншлакощебеночной смеси составляет 220 МПа; во времени прочность имеет тенденцию к увеличению. Предел прочности при изгибе составляет 0,6 МПа.
При уплотнении смеси дробимость щебня из малопрочных известняков минимально в связи с тем, что гранулированный шлак, находясь между щебенками, исключает контактные напряжения между ними, переводя их в объемные. В процессе эксплуатации щебенки, не имея взаимного контакта, не истираются, а возможные разрушения гранул шлака приводят к образованию свежих активных поверхностей, усиливающих процесс структурообразования в конгломерате.
При применении в конструктивных слоях дорожных одежд автомобильных дорог III – I категорий граншлакоминеральных смесей в их состав рекомендуется вводить активизаторы (известь, цемент) в количестве 1,0-1,5% или добавку ноу-хау. Меньший процент добавки применяют при использовании минеральных материалов основных пород.
По материалам сайта avtodorogi-magazine.ru
|
