Довговічність дорожнього цементобетону

Підвищення ефективності капітальних вкладень в дорожнє і аеродромне будівництво пов'язане з довговічністю (строком служби) дорожніх і аеродромних покриттів, зниженням вартості їх будівництва, раціональним і економічним використанням основних привозних дорожньо-будівельних матеріалів (цементу і щебеню).

Цементобетонні покриття і основи автомобільних доріг і аеродромів відносяться до одного з найбільш довговічних типів конструкцій дорожніх і аеродромних одягів. Розрахунковий термін служби таких конструкцій по закордонним даним складає 30...40 років і більше при мінімальних експлуатаційних витратах на їх утримання.

Проблема довговічності цементобетонних покриттів носить комплексний характер, включає конструктивний, матеріальний і технологічний аспекти, і вирішення цієї проблеми виходять із взаємозв'язку властивостей компонентів, складу бетонної суміші, структури і властивостей бетонної суміші та бетону, технологічних чинників, експлуатаційних і кліматичних впливів. Тому найбільш значне місце займають питання взаємозв'язку «склад - структура - властивості» бетонної суміші і бетону.

В основу вибору того чи іншого різновиду дорожнього бетону покладені принципи мінімальної вартості, економного витрачання привізних матеріалів (цементу і щебеню), технологічної можливості отримання бетону з тією або іншою структурою.

Довговічність (термін служби) цементобетонних покриттів (основ) автомобільних доріг і аеродромів в значній мірі визначається тим, наскільки властивості бетону відповідають умовам роботи конструкції. За характером виникаючих зусиль і деформацій дорожні і аеродромні одяги з цементобетонним покриттям або основою відносяться до категорії жорстких одягів, які володіють значним опором згинаючих навантажень. Внаслідок цього в якості критерію граничного стану бетонного конструктивного шару дорожнього або аеродромного одягу виправдано приймати величину максимальних напружень, викликаних спільною дією розрахункового навантаження і температури.

При настанні граничного стану руйнування дорожнього одягу обумовлюється руйнуванням матеріалу його конструктивних шарів. Таким чином, критерієм міцності дорожніх одягів є міцність дорожнього бетону. При цьому характеристики міцності бетону повинні відповідати дійсним умовам роботи матеріалу в споруді або характером напружено-деформованого стану, що виникає в процесі впливу на бетонне покриття (основу) експлуатаційних і природно-кліматичних факторів.

Цементобетонні дорожні і аеродромні покриття в процесі експлуатації піддаються зовнішнім впливам, які в загальному випадку можуть бути розділені на наступні групи: механічні (від рухомого автомобільного транспорту) і фізичні, а також фізико-хімічні від впливу навколишнього середовища і хімічних матеріалів, використовуваних при зимовому утриманні автомобільних доріг і аеродромів.

Механічні дії автомобільного транспорту і повітряних суден викликають в покритті вертикальні і горизонтальні зусилля. Під впливом вертикальних навантажень відбувається вигин плит, що лежать на пружній основі, що викликає появу в бетоні напружень розтягу при згині. Горизонтальні (дотичні) зусилля на покриття виникають при русі транспортних засобів зі змінною швидкістю і особливо при гальмуванні, а також в ряді інших випадків. Ці зусилля викликають напружений стан, як правило, в поверхневих шарах покриття та обумовлюють додатково абразивний знос дорожнього бетону.

До фізичних дій навколишнього середовища на цементобетонні покриття слід віднести перш за все добові і річні зміни температури і відносної вологості повітря. Важливою особливістю роботи цементобетонних покриттів є багаторазова циклічна повторність напружень від транспортних навантажень і температурних впливів, що викликають в бетоні явище втоми. У цьому випадку опір бетону характеризується його витривалістю в умовах розтягування при вигині.

До найбільш агресивних дій на цементобетонні покриття відносять застосування хімічних реагентів, які використовуються для боротьби зі сніжно-крижаними утвореннями (ожеледицею) на автомобільних дорогах і аеродромах. Особлива агресивність цього впливу пов'язана з тим, що застосовують хімічні реагенти в умовах переходу температури повітря через 0 ° С. Руйнівний вплив на цементобетон спільної дії морозу і антиожеледних хімічних реагентів в кілька разів сильніше, ніж дія тільки негативних температур.

Основним видом можливого поверхневого руйнування бетонного покриття є лущення, під яким розуміється руйнування і подальше відшаровування розчину бетону або викришування зерен дрібного заповнювача на глибину до 1... 5 мм, як правило, до оголення зерен крупного заповнювача. Володіючи низькою міцністю і морозостійкістю, такий структурний шар бетонного покриття дуже швидко руйнується під дією температурно-вологісних напружень і антиожеледних реагентів. Осередковий характер руйнування свідчить про значну неоднорідності структури і властивостей бетону в покритті. Рух транспорту посилює процес руйнування.

У разі більш серйозних порушень технології бетонування, зокрема режиму догляду за свіжеукладеним бетоном, невідповідності технологічних властивостей бетонної суміші режиму віброущільнення і відповідного розшарування бетону, недостатнього повітровтягування і ін., що призводять до формування істотно неоднорідної по товщині плити структурі бетону, лущення може переходити в більш глибоке поверхневе руйнування (до 20...30 мм). Процес такого руйнування супроводжується повним або осередковим руйнуванням поверхневого шару, оголенням і деяким викришування зерен крупного заповнювача.

Одним з видів поверхневих руйнувань є раковини, каверни і вибоїни, що представляють собою дефекти різної глибини і невеликої площі. Дрібні і великі раковини можуть утворюватися в результаті надмірного залучення повітря, наявності грудок глини та інших включень, неякісної обробки. Каверни і вибоїни є результатом використання окремих обсягів бетонної суміші низької якості, попадання великих грудок глини, наявності неморозостійких зерен крупного заповнювача, впливу атмосферних опадів.

Передумовою виникнення лущення і поверхневого руйнування цементобетонних покриттів можуть бути усадочні тріщини, що представляють собою розвинену сітку тріщин шириною близько 0.01...0.1 мм і глибиною близько декількох міліметрів. Ці тріщини можуть виникати в початковий період твердіння бетону в результаті порушення вологісного режиму твердіння, особливо в жарку вітряну суху погоду, швидкого охолодження поверхні бетону, порушень складу бетону і технології обробки поверхні покриття.

Найбільш поширений вид дефектів цементобетонного покриття - тріщини. За своїм походженням тріщини можуть бути як технологічного, так і конструктивного характеру. В рамках даного аналізу умов роботи бетону як матеріалу в дорожньому або аеродромному покритті необхідно відзначити тільки, що загальною причиною утворення тріщин є виникнення в плитах напруг і деформації, що перевищують міцність бетону на розтяг.