новые технологии в дорожном строительстве

Инновационный процесс в дорожном хозяйстве представляет собой воплощение новшеств, как правило – результатов НИОКР, в научной, нормативно-технической продукции и запатентованных объектах промышленной собственности – нематериальных активах. При этом создается принципиально новое качество более технологичной продукции и формируются нормативно-технические требования к ее составу, которые используются впоследствии в инженерных дорожных проектах.Армирование бетона и асфальтобетона геотекстильными синтетическими материалами геосотами и георешетками Геотекстиль Polyfelt - это синтетический материал из 100% полипропилена, стабилизированного к воздействию ультрафиолета.

Основой разновидностей геотекстиля является нетканое иглопробивное полотно Polyfelt-TS. Этот материал имеет более высокую износостойкость при динамических нагрузках, высокую прочность на растяжение в продольном, поперечном и диагональном направлениях, лучшую водопроницаемость и долговечность.Основа полотна - бесконечная полипропиленовая нить, трижды механически закрепленная, в отличие от нетканых геотекстилей, изготовленных из коротких, термически закрепленных фибр, обеспечивает материалу Polyfelt мягкость и устойчивость к повреждениям.

Переход на использование высококачественного природного сырья, в частности кубовидного щебня, и самоуплотняющихся атмосферостойких бетонов нового поколения В 2000 году в Петербурге был основан завод «NCC Петробетон» - совместное предприятие шведского концерна NCC и российской строительной фирмы СУ-288. Для производства бетона используется щебень, производимый на дробильно-сортировочном узле. Кубовидность этого щебня составляет не менее 85%, что положительно влияет на качество бетонных смесей. «NCC Петробетон» специализируется на изготовлении высокотехнологичных бетонов повышенной морозостойкости и водонепроницаемости.

В продолжение процесса усовершенствования «зимних» бетонов разработана продукция с показателем морозостойкости F-400 (400 циклов замораживания-оттаивания). Также внедряется технология производства коррозиоустойчивых бетонов, особо прочная поверхность которых не «шелушится» при воздействии солей, не разрушается в климатических условиях Северо-Запада.

Еще одно из значительных достижений - это технология производства высокоподвижного бетона, с показателем подвижности П-5. Создавая продукцию, обладающую высокой подвижностью, важно было не снизить марку и морозостойкость бетона.Сотрудникам лаборатории удалось разработать высокоподвижные бетоны классов В30, В35, с показателем морозостойкости f-300. Переход на новый вид дорожного бетона - фибробазальтовый шлако-щелочной бетон.

Применение такого бетона позволяет решать две задачи: фибры (волокна из базальта) повышают прочность, а щелочь повышает стойкость к воздействию кислотных сред. Технология изготовления бетона имеет свои особенности.Получение виброармированной бетонной смеси может быть достигнуто при условии обеспечения равномерной и постепенной подачи фибровой арматуры в бетоносмеситель во время перемешивания в нем компонентов бетонной смеси.

Исследования в этой области ведут ученые ВИТУ - д.т.н. профессор Борис Петраков, к.т.н. Виталий Золотов и др. Теперь позволю себе сделать некоторые выводы, сформулированные в открытом письме к инвесторам, руководителям асфальтобетонных и бетонных заводов и подрядных организаций Санкт-Петербурга: - Системно, комплексно подходить всем участникам дорожного строительства к реализации городской программы ремонта старых дорог до 2004 года и строительства новых сетей до 2008 года. - На первой стадии прогноза и планирования скорректировать концепцию и программу города с принципиальным внедрением новых технологий бетона, постепенно замещающего асфальт. - На второй стадии производства осуществить переход на массовый выпуск дорожных самоуплотняющихся бетонов, геотекстильных синтетических материалов для армирования и базальтошлакощелочных смесей. - На третьей стадии выполнения дорожных работ научиться высокой культуре тщательной подготовки основания под бетон, пространственного армирования одежды, ухода за бетоном, особенно зимой, и активного использования цветных составов. - На четвертой стадии эксплуатации транспортной сети осуществлять ее постоянный мониторинг и быстрое восстановление изношенного верхнего слоя совместимыми материалами. - Создать Холдинг «Дороги Санкт-Петербурга», концентрирующий усилия всех дочерних фирм на конечный результат. Компакт-Асфальт - новые технологии в дорожном строительстве Изучая проблему пластических деформаций и колейности на грузонапряженных магистралях, мы обратили внимание на весьма рациональный способ ее решения этой проблемы путем повышения степени уплотнения и уменьшения толщины верхнего слоя асфальтобетонного покрытия, более подверженного пластическим деформациям.

В 2002 году, сотрудничая с немецкой   дорожно-строительной фирмой Kirchner, мы заинтересовались новой технологией устройств двухслойного асфальтобетонного покрытия «Компакт-асфальт». Фирма Kirchner занималась внедрением этой технологии с  середины 90-х годов и в настоящее время «Компакт-асфальт» успешно реализуется на дорогах Германии, Голландии и  Польши.

Каждый год мы наблюдаем, как возрастает плотность транспортных потоков.

При этом, в значительной степени увеличивается доля тяжелого транспорта, что приводит к увеличению осевых нагрузок.

Этот фактор незамедлительно сказывается на состоянии дорожного покрытия.С увеличением транспортных нагрузок  в значительной степени увеличились и деформации асфальтобетонного покрытия, такие как образование колейности по полосам движения и «гребенки» в зонах торможения перед  перекрестками.

Различные повреждения и деформации чаще всего появляются в верхних слоях асфальтобетонного покрытия с высокой степенью содержания наполнителя и вяжущего. Особое значение с точки зрения восприятия динамических нагрузок от движения транспорта имеют верхний и нижний слой покрытия.А в зоне контакта верхнего и нижнего слоя сдвиговые деформации достигают максимальных значений.

Избежать этих проблем можно только путем увеличения степени уплотнения и уменьшения толщины верхнего слоя с высоким содержанием вяжущего.Для этого необходима реализация следующих факторов: -улучшение температурных условий уплотнения тонких верхних слоев, что обеспечит долговечность покрытия; -обеспечение надежного сцепления между верхним и нижним слоями покрытия, что уменьшит усилия сдвига от транспортных нагрузок.   Реализовать эту возможность на практике помогла новая технология «Компакт-асфальт». Сущность технологии заключается в возможности одновременного устройства двух слоев асфальтобетонного покрытия из разных типов смесей одним асфальтоукладочным комплексом за один проход по принципу «горячее по горячему». Благодаря этому методу, удалось уменьшить толщину верхнего слоя до 2 - 2,5 см и при этом, достичь его максимальной плотности за счет увеличения времени на уплотнения, используя теплоемкость нижнего слоя. Именно технология «Компакт-асфальт» позволяет вести укладку тонкого верхнего слоя без ущерба для всей конструкции, при одновременном устройстве нижнего крупнозернистого слоя покрытия, обладающего большей устойчивостью к деформациям.

Выбор способа устройства асфальтобетонного покрытия по технологии «Компакт-асфальт» обеспечивает требуемые характеристики дорожного полотна, такие как: - высокая степень уплотнения; - высокий коэффициент сцепления колеса; - ровность покрытия; - устойчивость к пластическим деформациям и «колееобразованию»; - максимальное сцепление слоев за счет частичного расклинивания нижнего слоя верхним, что практически не допускает сдвиговых деформаций между слоями.

И, как результат, в совокупности увеличение качества и долговечности асфальтобетонного покрытия.

Реализовать возможности новой технологии позволяет приобретенный нашей фирмой, единственный  в России,  асфальтоукладочный комплекс нового поколения фирмы «Dynapac», состоящий из модульного асфальтоукладчика и перегрузчика.

Новое поколение строительных материалов в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве.В статье показано, что композиции с использованием серы и технологии их производства позволяют расширить базу стройиндустрии, в том числе за счет использования побочных продуктов многих производства, повысить долговечность и безотказность эксплуатации сооружений, снизить энергозатраты, получить полностью безотходное производство.

В НИИЖБ выполнены комплексные исследования по подбору составов, изучению физико-механических свойств и технологических параметров приготовления и формования композиционных материалов на основе термопластичного серного вяжущего (ТПСВ). Изучены технологии пропитки в расплаве серы и приготовления сероасфальтобетонов.Разработаны нормативно-техническая документация, технологические карты производства работ, определены производители и поставщики отечественного и импортного оборудования. Намечены наиболее рациональные области применения композиций на основе ТПСВ в технологии стройиндустрии, дорожном, специальном и других отраслях строительства.

Предпосылками для производства серного вяжущего и применения его в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве являются обширная сырьевая база в виде технической серы и серосодержащих отходов, а также большая потребность народного хозяйства в долговечных, химически стойких материалах. В последнее десятилетие во всех промышленно развитых странах, в том числе и России, наблюдается рост производства технической серы, прежде всего, как побочного продукта при переработке и очистке нефти, природных и топочных газов.

Уже сейчас в некоторых районах России скопилось большое количество серы, запасы которой с каждым годом будут расти. Серосодержащие отходы вывозят в отвал. Расширение областей применения серы является неотложной задачей, как с экономической, так и с экологической точек зрения.Принимая во внимание, что строительство является одновременно одной из ведущих и материалоемких отраслей народного хозяйства, то использование серы и серосодержащих отходов в технологии стройиндустрии России - это перспективное и экономически привлекательное направление.

В настоящее время во многих странах мира накоплен богатый опыт практического применения конструкций из серного бетона. Интенсивные работы по применения продолжаются в Канаде, США, Франции, Германии, Дании, Австрии, Японии, Кувейте.По оценкам специалистов, мировые ресурсы серы достаточны для обеспечения практически любого спроса.

В настоящее время цемент является одним из самых распространенных материалов в строительстве, а его производство - самым энергоемким процессом. Разработка и внедрение новых вяжущих, в том числе и серных, является одним из возможных энергосберегающих приемов.Основными направлениями применения серы в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве являются: изготовление серного вяжущего и конструкций на его основе; пропитка изделий в расплаве серы; добавление (модификация) в асфальтобетон.

Термопластичное серное вяжущее изготавливают из технической серы или серосодержащего отхода, модификатора и минерального мелкодисперсного наполнителя. Технология производства серного вяжущего значительно проще и дешевле, чем технология производства цемента.По результатам освоения производства ТПСВ могут быть получены следующие показатели по сравнению с цементом аналогичных марок: снижение энергозатрат в 1,5~2 раза; повышение экологической безопасности производства; снижение капитальных затрат на организацию производства на 40-50%; получение безотходного производства; снижение себестоимости в 1,5—2 раза; значительное повышение срока хранения (практически без ограничения). Серные бетоны представляют собой искусственный каменный материал из затвердевшей отформованной смеси, состоящей из серного вяжущего (20-40%) и заполнителей (60-80%). Приготовление смеси и формовку изделий производят в горячем состоянии при температуре 130— 150 °С. Серные композиции в зависимости от сочетания инертных заполнителей по крупности могут быть изготовлены в виде бетонов, растворов или мастик.

По плотности серные композиции могут быть легкие, тяжелые, особо тяжелые.

По структуре серные композиции могут быть плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые.Способ уплотнения смеси определяется ее подвижностью и может производиться без внешнего воздействия на смесь (литые смеси), вибрацией, силовым воздействием (прессование, прокат), комбинированным воздействием, набрызгом и др. Жизнеспособность смеси серной композиции при температуре 130-150 °С практически неограничена.

Конструкции из композиции на основе ТПСВ могут бетонироваться при отрицательных температурах (до -40 °С) и под водой. Крупнопористые композиции находят широкое применение при изготовлении различных видов конструкций и изделий, в том числе утеплителей, дренажных элементов.Применение ТПСВ при изготовлении смеси крупнопористой композиции гарантирует низкое содержание влаги в зернах заполнителя, обеспечивает защитную гидрофобную пленку на поверхности заполнителя, предохраняя его от увлажнения в процессе транспортировки и эксплуатации. ТПСВ обладает более высокими прочностными показателями по сравнению с цементом, быстро, за несколько часов достигает проектной прочности, практически водонепроницаемо в отвержденном состоянии, безотходно при производстве, экологически чистое, относится к низкофоновым материалам.

Технология получения крупнопористых элементов на основе ТПСВ проста, позволяет получать более дешевые материалы с улучшенными свойствами и эксплуатационными показателями.

Художественное литье и малые архитектурные формы.Материал может применяться при декоративном оформлении, в сочетании с высокими эксплуатационными характеристиками, многообразием цветовых решений, высоким качеством лицевой поверхности и широким диапазоном фактуры отвечает высоким эстетическим требованиям.

Составы обладают художественной выразительностью и возможностями для воплощения авторских замыслов в образно-художественных решениях путем передачи природной красоты структуры материала.Материал применяется для оформления декоративных элементов фасадов зданий, архитектурно-лепного декора, художественного литья, элементов благоустройства, декоративных ограждений, элементов фонтанных композиций, реставрационных работ и ряда других направлений (рис. 5). Составы на ТПСВ могут найти применение при ликвидации последствий стихийных бедствий, захоронении отходов, в том числе и радиоактивных, подводном бетонировании. Трубы и наливные емкости различного назначения - одно из перспективных направлений применения составов на основе ТПСВ, при этом используются такие его свойства, как высокая плотность, водонепроницаемость, быстрый набор прочности, стойкость во многих промышленных, бытовых, природных жидких средах.

Дорожные конструкции (разделительный бордюр, лотки, укрепление откосов, указательные и защитные столбики, плиты, бордюры и др.) эксплуатируются на дорогах в сложных условиях агрессивного воздействия растворов солей и переменных температур.

Радикальное решение вопроса повышения долговечности дорожных конструкций может быть получено при изготовлении их из составов на ТПСВ или пропитки в расплаве серы (рис. 1, 2).Ремонтные работы с помощью составов на основе ТПСВ могут быть эффективно выполнены при любых климатических условиях.К материалам, рекомендуемым для выполнения ремонтных работ, предъявляются специальные требования по физико-механическим показателям, основными из которых являются: хорошая адгезия, быстрый набор прочности, термическая совместимость с основным материалом, низкая стоимость, доступность сырья.

Всем этим требованиям отвечают составы на ТПСВ Сероасфальтобетон (жесткий, литой) получают по технологии асфальтобетона, снижая расход битума до 50% и заменяя его серой или ТПСВ. При этом достигается снижение расхода битума, повышение качества покрытия, улучшение удобоукладываемости смеси, повышение термостойкости, снижение стоимости.

Пропитку в расплаве серы можно проводить на различную глубину в зависимости от поставленной цели. Различают поверхностную, частичную и полную пропитку.Скорость и глубина пропитки зависят от режима пропитки (нормальное атмосферное давление, вакуум, избыточное давление или их сочетание), продолжительности пропитки, структуры и природы пропитываемого материала (тяжелый, легкий, песчаный бетоны, золобетон асбестоцемент, кислотоупорная керамика, древесина, природные камни, бумага, картон, тканевый материал, полимерсиликатный бетон и ряд других). Пропитку водным раствором серы по рецептуре НИИреактива следует рассматривать как самостоятельное технологическое решение, позволяющее производить обработку при нормальной температуре, что значительно упрощает ее применение, как в заводских, так и в строительных условиях.

По результатам освоения в стройиндустрии и дорожном строительстве производства материалов и изделий с применением ТПСВ могут быть достигнуты следующие основные технико-экономические показатели:  расширение областей применения и сбыта технической серы и серосодержащих отходов; расширение сырьевой базы за счет использования новых материалов, в том числе и промышленных отходов; организация нового производства широкой номенклатуры бесцементных, химически стойких конструкций и изделий на основе ТПСВ, расширение номенклатуры и областей применения по сравнению с цементными составами;  получение конкурентоспособных на мировом рынке технологий;  снижение расхода энергоресурсов при производстве ТПСВ в 1,5-2 раза по сравнению с цементом; снижение себестоимости и отпускной цены на 40-50%;  снижение расхода цемента и воды на 100% (составы бесцементные и безводные);  повышение отпускной прочности до проектной и снижение сроков ее достижения;  увеличение оборачиваемости форм; расширение возможности утилизации промышленных отходов (золы, шлаки, бой керамики, серосодержащие отходы и др.);  повышение теплотехнических свойств ограждающих элементов;  безотходность производственного процесса изготовления; расширение сырьевой базы производства стройматериалов;  рациональное использование природных ресурсов;  повышение химической стойкости, исключение защитных покрытий; решение некоторых экологических вопросов защиты окружающей среды от твердых отходов и газовых выбросов в атмосферу; возможность бетонирования при отрицательных температурах и под водой; возможность применения составов на серном вяжущем при выполнении ремонтных и реставрационных работ.

Результаты работ, выполненных НИИЖБ в сотрудничестве с другими организациями, показывают, что создание специализированного производства и применение в строительстве высококоррозийных строительных композиции, содержащих серу и серосодержащие отходы, позволит значительно усовершенствовать технологию и сократить сроки проведения строительных работ, повысить эксплуатационную надежность сооружений, существенно снизить энерго- и трудозатраты, вовлечь в строительный процесс крупномасштабное техногенное сырье, решая тем самым не только технологические, но и экологические проблемы.

Разработанная технология базируется на отечественных материалах и оборудовании.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что разработанные составы и технологии соответствуют современному мировому уровню, являются патентоспособными. Многие специалисты относят предлагаемую технологию к числу перспективных и экономически привлекательных, способную обеспечить высокую экономическую эффективность и быструю окупаемость вложенных средств.

В случае выполнения инициативных научно-технических разработок оценка эффективности осуществляется в основном сопоставительными технико-экономическими расчетами, подтверждавшими эффективность разработок по сравнению с базовыми (традиционными) технологиями. Результаты оценки эффективности инноваций в дорожном хозяйстве отражаются в соответствующих технико-экономических обоснованиях и отчетах о НИР. Эффективность новых дорожных технологий и материалов (битумные эмульсии, мастики, кубовидные щебни, ЩМА, полимерасфальтобетон) определяется в основном продлением межремонтного срока эксплуатации дорожных покрытий, повышением качества строительства и экономией приведенных затрат на строительство, ремонт и содержание автомобильных дорог. Со стороны органов управления дорожным хозяйством – федеральных и территориальных – необходимо осуществлять техническое регулирование и координацию инновационной деятельности, дальнейшее финансирование НИОКР, разработку проектной документации с использованием передовых технологий и материалов, при соответствующем технико-экономическом обосновании.