Дорожный бетон: состав и применение

Дорожный бетон используют на всех этапах строительства дороги: от обустройства основания до заливки финишного покрытия. Он рассчитан на эксплуатацию в условиях динамических нагрузок, регулярного воздействия влаги, морозов и химических реагентов. Соответственно, требования к такому материалу выше, чем к обычному конструкционному. Его высокие характеристики достигаются за счет тщательного отбора сырья и использования специальных добавок.

Ранее в нашей статье мы описывали, какие бывают виды дорожного бетона и какими свойствами он должен обладать. Сегодня мы подробно остановимся на его составе. Также мы коротко скажем о способах его использования.

Состав дорожного бетона

Важнейший этап при изготовлении бетона – это проектирование, то есть подбор состава. Именно на этой стадии закладываются основные свойства материала.

В состав дорожного бетона входят:

• Вяжущее вещество
• Крупный заполнитель
• Мелкий заполнитель
• Затворитель
• Добавки

Дорожное строительство – это очень ответственная сфера. Поэтому качество материалов здесь довольно строго регламентируется. Давайте рассмотрим их немного подробнее.

Вяжущее вещество

Вяжущим называют такое вещество, которое при смешивании с водой (реже – с другими веществами) превращается в вязкую субстанцию, а при высыхании твердеет, образуя камень.

Вообще, бетоны делают на самых разных вяжущих:

• Цементе
• Гипсе
• Извести
• Магнезии
• Полимерных смолах
• Молотом шлаке
• Жидком стекле

Подробнее об этих разновидностях вы можете почитать в нашей статье Виды бетона по типу вяжущего.

Из всего этого списка самые высокие характеристики при относительно доступной цене имеет цемент. Именно его используют в дорожном строительстве.

Требования к нему прописаны в следующих нормативах:

• ГОСТ 33174-2014
  В нем перечислены требования к цементу для бетона оснований и покрытий автомобильных дорог.
• ГОСТ Р 55224-2020
  В этом стандарте приведены требования к цементу для бетона аэродромных покрытий, железобетонных изделий, мостовых и других транспортных конструкций.

При необходимости вы можете самостоятельно ознакомиться с этими документами. Мы же приведем краткую выжимку из них.

Итак, в дорожном строительстве разрешено использовать такие виды цемента:

Кратко разберем обозначения в таблице:

• Типы цемента по вещественному составу устанавливаются в соответствии с ГОСТ 31108-2020. ЦЕМ I – это портландцемент. Сокращения ЦЕМ II/А-Ш и ЦЕМ II/В-Ш соответствуют портландцементу с добавкой молотого шлака не больше 35%, а ЦЕМ III – шлакопортландцементу с содержанием шлака до 65%. ЦЕМ V/А – это композиционный цемент, в состав которого, помимо клинкера, могут входить шлак, зола-унос, пуццолан, глиеж и другие вспомогательные добавки.
• Класс прочности обозначает минимальную нагрузку в МПа, которую цементный камень выдерживает на 28 сутки твердения. Например, для цемента класса 42,5Н или 42,5Б такой показатель составляет 42,5 МПа.
• Буквы Н и Б рядом с классом прочности обозначают скорость набора прочности вяжущим.  Н соответствует нормальнотвердеющему цементу, а Б – быстротвердеющему. Последний набирает 30-50% проектной прочности уже на 2 сутки.

Все эти сокращения вместе составляют обозначение цемента, которое указывается в проектной документации. Сначала указывается тип цемента, затем его класс прочности, назначение и номер ГОСТа, который устанавливает требования к материалу. Например:

Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ДП ГОСТ 33174-2014

К дорожному цементу предъявляются и другие требования:

• Начало схватывания – не ранее 2 часов после затворения
• Расширение цемента – не более 10 мм
• Водоотделение – не больше 28%
• Содержание щелочных оксидов (для бетона покрытий) – не выше 0,8% по массе
• Нормальная густота (для бетона покрытий) – не более 30%

Все это важно для изготовления качественного бетона.

Крупный заполнитель

Заполнитель – это сыпучий материал, который формирует «скелет» бетона. Его зерна склеиваются цементом, образуя прочный монолитный камень. Этот компонент имеет очень большое значение: он определяет прочность, износо- и морозостойкость бетона.

Крупным называют такой заполнитель, размер зерен которого превышает 5 мм в диаметре.

Максимальный размер зерен составляет:

• В бетоне для покрытий – 20 мм
• В бетоне для оснований – 40 мм

Характеристики заполнителя во многом зависят от его происхождения.

Для замеса дорожного бетона можно использовать:

• Щебень из магматических пород
  Магматические породы образуются в результате охлаждения и затвердения магмы. К ним относятся базальт, гранит, диорит, габбро и другие. В строительстве эти материалы высоко ценятся за высокую прочность, морозо- и износостойкость, долговечность.
• Щебень из осадочных пород
  Этот материал образуется путем очень сильной спрессовки различных отложений. К этой группе относятся такие породы как известняк, доломит, гипс и многие другие. В отличие от магматических, их залежи есть практически во всех регионах России. Поэтому стоят они относительно дешево. Но и качественные характеристики у них низкие.
• Щебень из метаморфических пород
  Такие породы получаются из магматических или осадочных под воздействием высокого давления и температуры. Их прочность сильно варьируется. Например, у амфиболитового, гнейсового, серпентинитового щебня она высокая – эти материалы активно применяют в строительстве. А вот мрамор – материал хрупкий, его используют исключительно в декоративных целях.
• Гравий
  Гравием называют камни, образовавшиеся естественным путем – в результате выветривания и размывания горных пород. Это дешевый и доступный материал, но технические характеристики у него низкие. Он пользуется большим спросом в тех регионах, где горнодобывающая промышленность развита плохо.
• Гравийный щебень
  Как правило, характеристики у бетона на гравии получаются слишком низкие. Но что делать, если качественного щебня в регионе нет, а привозной стоит слишком дорого? В таком случае гравий подвергают дополнительному дроблению. В результате самые слабые его зерна разрушаются в песок и на выходе получается материал с более высокими характеристиками.
• Вторичный щебень (бой бетона)
  При сносе домов и конструкций из бетона образуется огромный объем лома. Чтобы этот материал не пропадал впустую, его перерабатывают: дробят и очищают от обломков арматуры. В результате получается очень дешевый щебень со скромными характеристиками. Если требования к бетону для основания не очень высокие, то в целях экономии можно замешать его на вторичном щебне.
  Больше узнать о требованиях к этому материалу вы можете в статье Вторичный бетон.

Требования к заполнителю дорожного бетона устанавливает ГОСТ 26633-2015 (Приложение А). Ознакомиться с ними вы можете в следующей таблице.

Мелкий заполнитель

Это такой сыпучий материал, размер зерен в котором не превышает 5 мм в диаметре. В дорожном бетоне он играет важную роль.

Дело в том, что крупные зерна щебня нельзя плотно подогнать друг к другу – между ними в любом случае образуются пустоты. Чтобы полностью их заполнить, нужно очень много цемента, а стоит он дорого. Поэтому в смесь добавляют мелкозернистый материал – он заполняет собой все свободное пространство и снижает расход вяжущего. За счет этого бетон получается более плотным, прочным, водо- и морозостойким.

В качестве мелкого заполнителя применяют:

• Карьерный песок
  Как следует из названия, такой песок добывают в специальных карьерах. Важное его отличие – это форма зерен. Они угловатые, с острыми краями и шероховатой поверхностью. За счет этого материал имеет отличное сцепление с цементом. Но есть у него и минусы – наличие примесей глины, которые плохо сказываются на качестве бетона.
• Речной песок
  Такой песок поднимают со дна рек, морей, озер и других естественных водоемов. Это наиболее «чистый» материал: он не содержит примесей глины и пылевидных частиц. Но песчинки у него имеют округлую форму, поэтому адгезия с вяжущим у них ниже. Кроме того, иногда в речном песке встречаются включения ила.
• Намывной песок
  Он занимает промежуточное положение между предыдущими двумя видами. Получают его так: песчаный карьер затапливают и оставляют на некоторое время. Затем со дна поднимают песок. Форма зерен у него такая же, как у карьерного материала, а чистота – как у речного.
• Отсев
  При дроблении щебня и гравия остается большое количество мелких частиц размером меньше 5-10 мм в диаметре. В ходе сортировки их отсеивают – отсюда и название. Поскольку отсев – это побочный продукт, требования к его качеству и зерновому составу намного ниже. В то же время он не содержит примесей глины или ила как карьерный или речной песок. Этот материал пользуется особенно большой популярностью в тех регионах, где активно производят щебень, а своего качественного песка мало.

Специфических требований к мелкому заполнителю для дорожного бетона не особо много. Они даются в том же ГОСТе, который мы упомянули в предыдущем подразделе.

Песок и отсев должны иметь такие характеристики:

Затворитель

Для того, чтобы вяжущее превратилось в твердый камень, его нужно смешать с затворителем. В самых распространенных видах бетона (цементном, силикатном, гипсовом) эту функцию выполняет обычная вода.

Это простое на первый взгляд вещество играет большую роль. Если вода сильно загрязнена, то бетон на ее основе в лучшем случае получится малопрочным, а в худшем – вообще не схватится.

Вода для дорожного бетона должна соответствовать ГОСТ 23732-2011. Требования и показатели из этого документа вы найдете в нашей следующей таблице.

Остановимся на некоторых показателях подробнее и объясним, почему они важны:

• Наличие в воде растворимых солей (фосфатов, сульфатов, сульфидов, хлоридов и прочих) чревато тем, что вызывает коррозию как самого бетона, так и стальной арматуры. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье Коррозийная (химическая) стойкость бетона.
• Цинк и свинец – это тяжелые металлы, которые в высоких концентрациях несут опасность для здоровья человека. Поэтому их содержание в любых строительных материалах четко нормируется.
• Растворимые сахара при замесе бетона образуют тончайшие адсорбционные оболочки вокруг частиц цемента. Из-за этого останавливается гидратация вяжущего. Другими словами, бетон просто-напросто не затвердевает.
• Кислотность воды для изготовления бетона колеблется в широких пределах. Она может быть кислотной (pH 4-7), нейтральной (pH 7) или щелочной (pH 7-12,5). При необходимости этот показатель можно уменьшить или увеличить.

Для приготовления бетона можно использовать воду:

• Питьевую
• Грунтовую или поверхностную
• Морскую
• Техническую

Идеальным вариантом, конечно же, будет первый. Питьевая вода по умолчанию соответствует приведенным выше требованиям и не требует дополнительных проверок. А вот остальные виды воды придется отдавать в лабораторию на анализ.

Добавки

Технически это необязательный компонент бетона. Но на практике ни одна дорожная смесь не обходится без дополнительных присадок.

В нее вводят добавки:

• Минеральные
  Это зола-унос и тонкие порошки, которые получают помолом различных материалов: каолина, кремнезема, металлургических и топливных шлаков. В бетоне они выполняют две функции. Во-первых, их частицы заполняют мельчайшие пустоты в материале, делая его более плотным и водонепроницаемым. Во-вторых, благодаря своей химической активности они как бы «усиливают» вяжущее, придавая камню прочность и стойкость.
• Воздухововлекающие
  Они создают искусственные микропоры в толще камня, что способствует повышению морозостойкости конструкции. Но использовать их нужно осторожно, не допуская перерасхода. Слишком пористый бетон теряет прочность и не может выдерживать высокие нагрузки.
  В дорожном строительстве чаще всего используют добавки на основе нейтрализованной смолы (СНВ) и сульфатного мыла (ППФ).
• Газообразующие
  Их роль в бетоне такая же, как и у воздухововлекающих, отличается только механизм действия. Роль газообразователя тут играет алюминиевая пудра или паста, которая в щелочной среде цемента окисляется с выделением водорода. Газ, улетучиваясь из бетона, оставляет после себя множество крохотных пузырьков с воздухом.
• Пластифицирующие (водоредуцирующие)
  При изготовлении бетона возникает дилемма: если в смеси мало воды, она будет жесткой, ее будет тяжело укладывать и уплотнять. Но если воды много, то прочность бетона снижается. Как же выйти из этой ситуации? Ответ на самом деле прост: использовать пластификаторы. Они повышают подвижность бетонной смеси, не требуя перерасхода воды. Специальных требований к пластификаторам в дорожном бетоне нет, для него можно использовать такие же составы, как и для обычного конструкционного материала.
• Замедляющие твердение
  Бетон при строительстве дорог не замешивают на площадке, а привозят с завода. Но он ведь далеко не всегда расположен рядом со стройплощадкой. Чтобы смесь не схватывалась раньше времени, нужно использовать замедлители (ингибиторы) твердения. Кстати, многие пластификаторы в качестве побочного эффекта выполняют еще и эту функцию.
• Армирующие (фиброволокно)
  Эти добавки имеют вид тонкой проволоки, узких лент или волокна. По происхождению они бывают стальными, базальтовыми, стеклянными и полимерными. В составе бетона они выполняют целый ряд функций: повышают прочность на растяжение и сжатие, стойкость к динамическим нагрузкам, водонепроницаемость и морозостойкость, предотвращают появление трещин.
  Больше узнать об этом вы можете в нашей статье Фибробетон.

При использовании присадок важно знать меру. Общее количество химических добавок (воздухововлекающих, пластификаторов и других) не должно превышать больше 5% от массы цемента. Не допускается содержание в них хлоридов, нитратов, нитритов и другие соединений, вызывающих коррозию стальной арматуры.

Больше узнать о том, какие вещества используют для улучшения свойств бетона, можно в статье Виды добавок для бетона.

Применение дорожного бетона

Эту разновидность бетона можно назвать узкоспециализированной. Она рассчитана на очень конкретный вид нагрузок – от движения транспорта и пешеходов.

Дорожный бетон используется при строительстве и обустройстве:

• Автомагистралей и скоростных дорог
• Обычных автомобильных дорог
• Мостов, эстакад, путепроводов
• Временных подъездов к стройплощадкам и промышленным объектам
• Тротуаров и пешеходных дорожек
• Парковок
• Взлетно-посадочных полос на аэродромах

Во всех этих работах бетон показывает себя как достойную альтернативу традиционному асфальту. И более того – он превосходит асфальтобетон по таким показателям как прочность, сопротивляемость деформациям и долговечность.

Подробнее о сфере использования этого материала читайте в нашем разделе Бетон для дорожных работ.

Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.

Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.