Бетонная дорога: технология строительства. Устройство цементобетонных покрытий Содержание зимой цементно бетонное покрытие дороги

(Last Updated On: 07.03.2018)

Цементно-бетонные и железобетонные покрытия, предназначенные для пропуска интенсивного движения тяжелого транспорта, длительное время сохраняют свои высокие транспортно-эксплуатационные свойства и являются весьма долговечными. Однако даже при высоком качестве строительных работ и правильном содержании в процессе эксплуатации с течением времени на бетонных покрытиях появляются трещины, раковины, разрушения кромок швов, вертикальные смещения краев плит у швов, отколы углов плит, шелушение и другие повреждения.
Одной из основных причин износа и разрушения покрытий является воздействие на них транспорта, способствующее возникновению вертикальных и горизонтальных напряжений в покрытии. Величина вертикального напряжения зависит от типа проходящего транспорта и от степени ровности покрытия проезжей части. Горизонтальные (тангенциальные) усилия вызываются трением шины о покрытие при торможении и других переменах скорости автомобилей и ударами колес при наездах на неровности. Если под действием подвижных нагрузок происходит просадка грунта основания в период переувлажнения, то это ведет к деформациям плит покрытия.
Другой причиной износа покрытий является склонность цементобетона к значительным деформациям при усадке и изменении температуры, что в сочетании с хрупкостью этого материала в условиях ограниченной возможности изменения размеров дорожного покрытия в плане может приводить к возникновению в нем трещин, которые уменьшают долговечность конструкции, повышают водопроницаемость покрытия, уменьшают его гибкость и прочность.
В цементно-бетонных и железобетонных покрытиях обычно различают такие виды трещин: усадочные трещины, связанные с осадкой основания железобетонного элемента, вызванные перегрузкой железобетона в раннем возрасте; трещины, обусловленные химическим разложением, а также ограниченной возможностью изменения объема при деформациях, вызванных усадкой от высыхания либо изменением температуры. Наконец, часто причиной образования трещин являются напряжения, возникающие при изгибе.
В процессе эксплуатации покрытия подвергаются помимо механической нагрузки, передаваемой через колесо автомобиля, также атмосферным и иным воздействиям, поэтому они должны обладать химической устойчивостью, хорошо сопротивляться неблагоприятным воздействиям погодных условий, в первую очередь морозу. Повреждения цементно-бетонных дорожных плит под действием мороза выражаются обычно в шелушении их поверхности или вспучивании грунтового основания.
Очень часто деформации в цементно-бетонных дорожных одеждах, в том числе и в одеждах из предварительно напряженных бетонных и железобетонных плит возникают в результате применения некондиционных материалов, нарушения в технологии приготовления и укладки бетонной смеси, несоблюдения правил ухода за свежеуложенным бетоном. В случае применения сборных покрытий низкая морозостойкость бетона может объясняться несоблюдением проектного режима тепловлажностной обработки изделий. Особое значение имеет водно-тепловой режим дорожного основания и земляного полотна, так как в зависимости от него изменяются результаты механического воздействия транспорта на дорогу.
Следует отметить, что даже небольшие деформации нарушают ровность покрытия и приводят к понижению скорости движения. Движение тяжелых автомобилей по покрытию с небольшими повреждениями приводит к еще более интенсивному его разрушению, поэтому при интенсивном движении транспорта своевременный ремонт цементно-бетонных покрытий приобретает весьма важное значение.
Основные виды деформаций и разрушений цементно-бетонных и железобетонных покрытий и причины их возникновения приведены в табл. 89.

Технология работ по ремонту цементно-бетонных покрытий, проводимая в специфических условиях города, должна базироваться на применении методов ремонта, сокращающих сроки выполнения работ, в результате использования материалов, способствующих скорейшему введению ремонтируемых участков в эксплуатацию, полной механизации основных трудоемких операций с применением маневренных, высокопроизводительных машин и механизмов.
Все швы в цементно-бетонных покрытиях должны быть заполнены мастикой. Швы, в которых заполняющий материал выкрошился или имеются зазоры между вертикальными стенками бетонных плит и заполняющим шов материалом, расчищают и вновь заполняют мастикой. Составы мастик, используемые при содержании и ремонте цементно-бетонных покрытий, приведены в табл. 90.

Для приготовления битумных мастик применяют только обезвоженный битум. Мастику готовят на заводах и поставляют потребителю в таре с приложением паспорта, в котором указывают ее физико-химические свойства. Если отсутствует централизованное снабжение, мастики приготовляют на местных базах следующим образом: обезвоженный битум разогревают до 150-170° С, после чего в него вводят резиновую крошку. Битум с резиновой крошкой варят 2,5-3 ч при постоянном перемешивании. После объединения резиновой крошки с битумом постепенно добавляют остальные компоненты, и мастика варится снова в течение 30 мин при 150-170° С при постоянном перемешивании.
При ремонте швы тщательно очищают от старой мастики стальными крючками или специальными приспособлениями и жесткими щетками, а затем продувают сжатым воздухом и просушивают. За 2-3 ч до заливки вертикальные стенки швов промазывают битумом БНД-90/130, БНД-60/90 или БНД-40/60, разжиженным бензином в пропорции 1:1, или жидким битумом марки СГ-15/25 с расходом 0,3-0,5 л/м2. Подготовленные таким образом швы заполняют горячей мастикой, нагретой до 160-170° С, на 3-5 мм ниже поверхности покрытия. Мастику заливают заливщиком швов в два приема: вначале заливают шов на 2/з его глубины, а затем верхнюю часть шва. Если после заливки необходимо немедленно открыть движение, швы присыпают минеральным порошком или на них наклеивают полосу рулонной бумаги шириной 10-15 см.
Для расчистки и заливки швов в цементно-бетонных покрытиях применяют также машину, смонтированную на самоходной тележке, впереди которой укреплены нож-резец, предназначенный для выемки из швов старой мастики, и устройство для заливки швов новой мастикой. Для продувки расчищенных швов у машины имеется комплексная установка.
Для предотвращения развития в плитах поверхностных волосяных трещин места их появления покрывают тонким защитным слоем. Для этого по сухому и очищенному от пыли и грязи покрытию разливают битум марок СГ-70/130 и МГ-70/130 (0,7-0,8 л/м2). Затем рассыпают мелкий щебень размером 5-10 мм в количестве 0,8-1 м3 на 100 м2 покрытия или крупный песок в объеме 0,3- 0,5 м3 на 100 м2 покрытия и прикатывают легкими катками.
Трещины шириной от 1 до 5 мм заливают разжиженным битумом марок СГ-130/200 и МГ-130/200, нагретым до температуры 80-100° С. Перед заделкой их тщательно очищают и просушивают. Трещины шириной 5 мм и более очищают от грязи, слабые места вырубают, осколки бетона удаляют и перед заполнением тщательно продувают сжатым воздухом. Подготовленные таким образом трещины промазывают разжиженным битумом и заполняют мастикой: при ширине трещин 10-25 мм - составами 1, 2 и 3, при ширине 5-10 мм - составами 4, 5 и 6.
Все поверхностные и сквозные трещины бетонных покрытий необходимо заделывать в возможно короткий срок после их появления. Швы и трещины рекомендуется заделывать весной и осенью в прохладную погоду, а летом - в утренние часы.
Для устранения небольших повреждений цементно-бетонных покрытий можно использовать асфальтобетонную смесь в горячем или холодном состоянии, литой асфальтобетон, черный щебень или черную каменную мелочь. Цементно-бетонные покрытия с применением асфальтобетонных смесей ремонтируют в сухое и сравнительно теплое время года при температуре воздуха не ниже 5° С. Если у швов и трещин образовались вертикальные смещения краев плит, то выравнивают покрытие также асфальтобетонной смесью или черным щебнем. Ремонтируемое место тщательно очищают от пыли и грязи, высушивают и смазывают тонким слоем разжиженного битума марки СГ-15/25, нагретого до температуры 60° С (расход вяжущего 0,3-5 л/м2), и заделывают асфальтобетонной смесью или черным щебнем.
Мелкие повреждения в виде раковин, выбоин и разрушений тщательно очищают от осколков бетона, пыли и грязи и смазывают тонким слоем разжиженного битума (расход 0,3-0,5 л/м2). Затем укладывают холодную или горячую асфальтобетонную смесь или черный щебень и уплотняют. При заделке выбоин глубиной до 5 см асфальтобетонную смесь укладывают в один слой, при глубине более 5 см - в два слоя. При небольших раковинах и выбоинах горячую смесь уплотняют ручным или металлическими виброкатками и нагретыми трамбовками массой 12-16 кг. При значительной поверхности заделываемых выбоин горячую асфальтобетонную смесь уплотняют катками массой 5-6 т.
Асфальтобетонную смесь укладывают с учетом коэффициента уплотнения, равного для горячих смесей 1,3-1,4, для холодных - 1,5-1,6. У отремонтированных мест должно быть плавное сопряжение с прилегающей поверхностью бетонного покрытия. Следует отметить, что ремонт цементно-бетонных покрытий с применением асфальтобетонных и черных щебеночных смесей из-за плохого их сцепления с цементным бетоном является недолговечным. Кроме того, светлые цементно-бетонные покрытия, отремонтированные черными смесями, имеют неприглядный вид. По указанным причинам, ремонт бетонных покрытий с применением асфальтобетонных и черных щебеночных смесей может рассматриваться только как временное мероприятие.
Более перспективным является ремонт цементно-бетонных покрытий с применением бетонных смесей. Покрытие, отремонтированное бетонными смесями, является более прочным, а по цвету мало чем отличается от существующего цементно-бетонного покрытия. Бетонную смесь для ремонта покрытий рекомендуется приготовлять того же состава и из тех же материалов (или близких к ним), которые применялись для приготовления бетонной смеси ранее уложенного покрытия. Для бетонной смеси используют высокопрочные портландцементы с добавлением в воду затворения до 2% хлористого кальция. Для повышения удобоукладываемости бетонной смеси и морозоустойчивости бетона в воду рекомендуется добавлять воздухововлекающие добавки: мылонафт, сульфитно-дрожжевую бражку, абиетиновую смолу и др. Максимальная величина фракции крупного заполнителя должна быть не более 10-20 мм при вырубках на глубине 5-7 см и не более 40 мм при более глубоких вырубках.
При шелушении бетона разрушения, захватывающие только верхний слой покрытия, ремонтируют на глубину разрушения, но не менее чем на 7 см. При ремонте поврежденные участки покрытия очерчивают мелом или краской прямыми линиями. По нанесенному контуру старый бетон вырубают бетонорежущей пилой и пневмоинструментом. После очистки подготовленные места выдерживают в увлажненном состоянии примерно 24 ч, т. е. до полного водонасыщения старого бетона. Поверхность вырубки смазывают тонким слоем цементно-песчаного раствора.
Сразу же после нанесения на стенки и дно вырубки цементного теста укладывают бетонную смесь выше уровня поверхности покрытия с учетом осадки при уплотнении. В небольших мелких и узких вырубках бетонную смесь уплотняют вручную деревянными или металлическими трамбовками массой 12-16 кг, в глубоких и широких вырубках смесь уплотняют поверхностными вибраторами. Окончательно поверхность ремонтируемого участка отделывают жесткими щетками и деревянными гладилками с резиновой лентой. После уплотнения и отделки поверхности за свежеуложенным бетоном устанавливают уход: на поверхность покрытия наносят пленкообразующие материалы по технологии, применяемой при уходе за свежеуложенным бетоном при капитальном строительстве.
В зарубежной практике, в частности в США, для ремонта цементно-бетонных покрытий в опытном порядке был применен волокнобетон, представляющий собой высокопрочную цементно-бетонную смесь с волокнистым заполнителем, в качестве которого обычно используют сталь, стекло или пластик.
По сравнению с обычным волокнистый цементобетон обладает рядом преимуществ: при наличии в объеме всего 1 % волокнистых веществ его прочность на растяжение и изгиб повышается на 100%; стойкость против растрескивания увеличивается на 60%; сопротивление динамическим нагрузкам - выше в 9 раз; износостойкость - выше на 30%; он может выдерживать сжимающие нагрузки и после достижения предела прочности; его сопротивление усталости, срезу и кручению больше, а растрескивание, шелушение и выкрашивание меньше; сопротивление сжатию также несколько выше. Благодаря указанным физико-механическим качествам волокнобетон можно укладывать небольшими слоями и получить экономию материалов.
В процессе эксплуатации цементно-бетонных и железобетонных покрытий часто встречаются разрушения бетона вдоль температурных швов. Способ исправления кромок швов зависит от характера и размеров повреждения. Небольшие повреждения шириной до 5 см заделывают мастикой после удаления рыхлых частиц бетона и очистки ремонтируемого места. Глубокие повреждения с кромками швов, разрушенными на ширину более 5 см, заделывают бетоном. Старый бетон удаляют по всей длине участка на глубину не менее 7 см с уклоном в сторону нижней части вырубки. Арматуру, штыри и анкеры по возможности сохраняют.
Для образования шва устанавливают деревянную прокладку со съемной рейкой, доходящую до поверхности покрытия. Прокладку устанавливают таким образом, чтобы она совпала с направлением существующего шва. Если в нижней части шва сохранилась старая прокладка, то ее наращивают так, чтобы между досками не было зазоров и не могло образоваться бетонных перемычек. Старые штыри, анкеры и арматурные прутья выправляют или укладывают новые. Плоскости соприкосновения нового бетона со старым обмазывают цементно-песчанным раствором, после чего укладывают и уплотняют бетонную смесь. Верхнюю часть прокладки после затвердения бетона удаляют и шов заполняют мастикой.
Движение по покрытию, отремонтированному с применением цементной смеси, разрешается открывать через 15 дней. При замене частей и целых плит в покрытии движение по вновь уложенному бетону разрешается через 20 дней,
Применяя обычные бетоны, покрытия ремонтируют слоями толщиной не менее 7 см. При этом вследствие медленного набора прочности вновь укладываемого бетона приходится закрывать движение на ремонтируемом участке дороги не менее чем на 15-20 дней. Кроме того, укладка толстых слоев нового бетона по старому бетонному покрытию, как правило, связана с трудоемким процессом по вырубке старого бетона на значительную глубину и большим расходом материалов. Поэтому в последнее время серьезное внимание уделяют разработке методов ремонта бетонных покрытий с применением бетонных смесей, обеспечивающих надежное сцепление наращиваемого тонкого слоя бетона с существующим покрытием и ускоренное твердение бетона при обеспечении его прочности и морозостойкости.
В Союздорнии проведено исследование по разработке способа ремонта цементно-бетонных покрытий с применением быстротвердеющих цементов (БТЦ) или портландцементов марок не ниже 600 с введением добавок, ускоряющих твердение бетона. Как показали исследования, разработанный метод обеспечивает надежное сцепление наращиваемого слоя со старым бетоном, ускоренное твердение бетона и сокращение в связи с этим срока закрытия движения на период ремонта с 15-20 до 1-3 сут. Для ремонта покрытий по этому методу применяют материалы, примерный расход которых приведен ниже.

Ремонт бетонных покрытий с наличием на них повреждений в виде раковин, выбоин, сколов кромок швов и углов плит, краев плит у швов, шелушения плит связан с наращиванием нового слоя поверх старого бетона. Тщательная очистка ремонтируемой поверхности является одной из важнейших операций, от которой в значительной мере зависит прочность сцепления старого бетона с новым, а следовательно, и качество ремонта в целом.
Загрязненную ремонтируемую поверхность плиты очищают от пыли, грязи и масляных пятен механическими стальными щетками, затем разливают 28%-ный раствор соляной кислоты из расчета 0,5-0,6 кг/м2. После прекращения реакции тщательно промывают покрытие струей воды под давлением из поливо-моечной машины до полного удаления остатков кислоты. Свободную воду удаляют сжатым воздухом от компрессора с таким расчетом, чтобы ремонтируемая поверхность плиты была влажной, но не мокрой.
При особенно сильном загрязнении поверхности ремонтируемой плиты, когда химическим способом очистить покрытие невозможно, его очищают механическим способом пескоструйным аппаратом или каким-либо другим способом. При наличии непрочного бетона его удаляют пневмо- или электроинструментом на глубину до неповрежденного бетона, но не менее чем на 2 см. Ремонтируемое место тщательно очищают от осколков бетона и пыли, а затем промывают струей воды под давлением. Затем на ремонтируемую поверхность наносят цементный клей, приготовленный на месте в лопастном растворосмесителе принудительного действия. При подготовке клея цемент загружают в растворосмесителе, доливают воду, количество которой определяется расчетом (в зависимости от принятого водоцементного фактора), и тщательно перемешивают. Приготовленный цементный клей распределяют равномерным слоем по ремонтируемой поверхности в два приема жесткими волосяными щетками или малярными кистями. Толщина цементного клея должна быть в пределах 1-2 мм. Цементный клей при температуре больше 20° С должен быть использован в течение 15-20 мин после его приготовления с тем, чтобы он был нанесен на ремонтируемую поверхность до начала схватывания.
После исчезновения водной пленки с поверхности цементного клея, примерно через 10-15 мин после нанесения его на очищенную поверхность ремонтируемого покрытия, укладывают цементнобетонную смесь с таким расчетом, чтобы после ее уплотнения поверхность отремонтированного покрытия находилась бы в одном уровне с существующим покрытием. При малых объемах работ бетонную смесь уплотняют поверхностным вибратором, виброплощадкой или виброрейкой. Окончательно бетон отделывают деревянной гладилкой с резиновой лентой. Для создания шероховатости поверхность отремонтированного покрытия отделывают жесткой волосяной или металлической щеткой перпендикулярно направлению движения. Уход за свежеуложенным бетоном на отремонтированных участках производят общепринятыми методами.
При применении быстротвердеющего цемента и обеспечении ухода за отремонтированным участком с применением пленкообразующих материалов движение по отремонтированному участку открывают через 1-2 сут. При применении портландцемента марки не ниже 600 с добавкой, ускоряющей твердение цемента, а также при использовании быстротвердеющих цементов без пленкообразующих материалов, движение по отремонтированному участку открывают по истечении 3 сут.
Для наращивания изношенных цементно-бетонных покрытий слоями 2-5 см применяют безусадочную бетонную смесь. Эта смесь прочно сцепляется с поверхностью покрытия, обеспечивает высокую сопротивляемость истиранию и повышенную морозостойкость. Безусадочная бетонная смесь составляется из цементов двух видов - портландцемента марки 700 и расширяющегося портландцемента марки 400-600. На 100 частей по массе портландцемента марки 700 берут 25-100 частей расширяющегося портландцемента.
Учитывая, что в качестве основного вяжущего используется быстротвердеющий цемент, приготовление и доставку цементной смеси целесообразно осуществлять передвижными автобетоносмесителями.
Портландцемент М700 подвергают дополнительному помолу в присутствии добавок триэталоламина и сульфитно-дрожжевой бражки, которая повышает сопротивляемость бетона истиранию и морозостойкость. Если портландцемент марки 700 был измельчен без добавок, то их вводят в бетономешалку в процессе приготовления бетонной смеси. Примерный расход материалов на 1 м3 бетонной смеси следующий:

На рис. 120 представлен график нарастания прочности безусадочной цементно-бетонной смеси, примененной при ремонте покрытий на Ленинском проспекте Москвы.
Укладка нового слоя бетона должна осуществляться по тщательно подготовленной поверхности покрытия. По поверхности покрытия бетонную смесь раскладывают с таким расчетом, чтобы после ее уплотнения отремонтированная поверхность была выше существующего покрытия на 1-2 см. Если ремонт покрытия осуществляется картами, то бетонную смесь разравнивают таким образом, чтобы после уплотнения она находилась в одном уровне с существующим покрытием.

В последние годы разработан способ ремонта цементно-бетонных покрытий с применением коллоидного цементного клея, который готовят на месте работ в виброклеесмесителе-активизаторе. Клей состоит из портландцемента марки 600 - 70% и песка - 30%; вода добавляется из расчета получения водоцементного отношения, равного 0,3. Перемешивание клея длится 5-7 мин.
Технология ремонта заключается в нанесении клея слоем 2-3 см жесткими капроновыми щетками на тщательно очищенную поверхность покрытия. Затем по клею укладывают и равномерно распределяют слой высокопрочного бетона. Для приготовления 1 м3 бетонной смеси необходимо 420 кг портландцемента, 180 кг кварцевого молотого песка, 1600 кг обычного кварцевого песка; 180 л воды и 1,8 л сульфитно-дрожжевой бражки.
Бетонную смесь уплотняют виброплощадкой за 2-3 прохода по одному следу. Толщина наращиваемого слоя бетона может быть в пределах 1,5-5 см. Свежеуложенную смесь засыпают слоем влажного песка и выдерживают в течение суток, после чего открывают движение.
Были разработаны также методы ремонта цементно-бетонных покрытий с применением полимерных материалов и, в частности, эпоксидных смол. Ремонт бетонных покрытий с применением эпоксидных смол по сравнению с обычным методом ремонта обеспечивает сокращение расхода каменных материалов в 10-15 раз; ускорение открытия движения с 15 сут до 6-8 ч; надежное сцепление наращиваемого слоя со старым бетоном; высокие прочностные показатели наращиваемого слоя и его химическую стойкость.
Для ремонта цементно-бетонных покрытий можно рекомендовать эпоксидный клей следующего состава:

В отдельных случаях в эпоксидный клей может быть добавлен портландцемент в количестве 15-25%. Эпоксидную смесь в зависимости от характера повреждений готовят из эпоксидного клея и минеральной смеси в соотношении от 1:3 до 1:7. Гранулометрический состав минерального материала, используемого для приготовления эпоксидной смеси, подбирают по принципу наибольшей плотности. Примерный состав минеральной смеси: 65-70% каменной мелочи размером 1,25-5 мм и 30-35% чистого кварцевого песка или каменной мелочи размером 0,5-1,25 мм. Для заделки раковин используют смесь в соотношении 1:5 или 1:6. Для ремонта кромок швов и мест, где затруднено уплотнение, применяют наиболее жирную смесь в соотношении 1:3 или 1:4.
При ремонтных работах эпоксидный клей готовят небольшими порциями 10-20 кг. Для приготовления клея в эпоксидную смолу вливают дибутилфталат и тщательно перемешивают, после чего вводят полиэтиленполиамин и вновь тщательно перемешивают до получения однородной смеси. Приготовленный эпоксидный клей может быть использован для приготовления эпоксидной смеси или для розлива по ремонтируемой поверхности с последующей россыпью каменной мелочи и уплотнением. Эпоксидная смесь во избежание потери жизнеспособности клея должна быть уложена в дело не позже чем через 1 ч после ее приготовления.
Очистку ремонтируемых участков производят химическим или механическим способом с особенной тщательностью. Раковины и мелкие выбоины прогрунтовывают эпоксидным клеем из расчета 0,5 кг/м2 при помощи жестких волосяных кистей, заполняют эпоксидной смесью состава 1:5, уплотняют трамбовкой и заглаживают кельмой в уровень с поверхностью покрытия. Движение открывают через 5-8 ч после окончания ремонта.
Цементно-бетонные покрытия, подверженные шелушению, предохраняют от дальнейшего разрушения защитно-выравнивающим слоем толщиной 3-5 мм. Для устройства защитно-выравнивающего слоя на очищенную и сухую поверхность покрытия тонким ровным слоем разливают эпоксидный клей. Норма расхода эпоксидного клея в зависимости от состояния ремонтируемой поверхности составляет 1-1,5 кг/м2. По слою эпоксидного клея рассыпают чистую и сухую каменную мелочь твердых горных пород крупностью 2,5-3,5 мм из расчета 5-5,5 кг на 1 кг эпоксидного клея. Каменную мелочь укатывают катками массой 1-1,5 т за 2-3 прохода по одному следу через 20-30 мин после россыпи. Движение открывают через 5-7 ч после окончания уплотнения.
Сравнительно высокая стоимость эпоксидных смол служит препятствием широкому внедрению этого способа ремонта. Однако в отдельных случаях, когда требуется ремонт отдельных плит на дорогах с интенсивным движением, которое невозможно закрыть на длительный период, этот способ ремонта может оказаться наиболее целесообразным.
При эксплуатации жестких покрытий в результате деформации земляного полотна можно наблюдать просадки отдельных плит. Покрытие можно исправить при условии, если оно не слишком растрескалось. Устранить просадки и выровнять плиты можно домкратами с одновременным поддувом песка, а также нагнетанием под плиты пластичных материалов. При использовании домкратов плиту поднимают одновременно в нескольких точках, и через заранее высверленные отверстия нагнетают песок. Поскольку впоследствии осадки грунта под плитой практически не бывают, плиту поднимают заподлицо с проезжей частью и отверстия заполняют бетоном.
При ремонте просевших бетонных плит раствором его нагнетают под просевшую плиту, благодаря чему плита поднимается до первоначального положения. Используемая при этом смесь может состоять из грунта и воды и одной или нескольких добавок. В качестве добавок обычно используют цемент. Раствор, введенный под плиту, твердеет, и несущая способность основания восстанавливается.
Целесообразно заполнять пустоты под плитами песком, обработанным органическими вяжущими. Под влиянием нагрузок, действующих на плиту, обработанный песок склеивается, образует плотную массу, и не выдавливается из-под плит. Однако песок, обработанный битумом, имеет тенденцию к преждевременному слеживанию и образованию комьев, затрудняющих его нагнетание.
В зарубежной практике для заполнения пустот под бетонными плитами применяют смесь песка с вяжущим, состоящим из битуминозного порошка и растворителя, который должен быть адсорбирован на поверхности какого-либо твердого материала. Смесь песка, органического материала и твердого адсорбента с растворителем не слеживается. В дальнейшем растворитель, находящийся в порах адсорбента, начинает взаимодействовать с битуминозным порошком и образует вяжущий материал, склеивающий песчаную массу. Примерный состав смеси: 100 ч. по массе сухого песка фракций 0-4 мм, 10 ч. трепела, дегтярное масло с температурой кипения от 250 до 400° С в количестве одной третьей от массы трепела и 2 ч. порошкообразного каменноугольного песка с температурой размягчения 90°. Смесь перемешивают в смесителе принудительного действия и нагнетают в пустоты под плитами сжатым воздухом.
В практике эксплуатации цементно-бетонных покрытий наблюдаются случаи, когда дорожная одежда не удовлетворяет по прочности требованиям, возникающим при движении транспортных средств повышенной грузоподъемности. В этом случае усиливают существующее покрытие наращиванием слоя бетона. Укладка нового слоя бетона возможна как непосредственно на существующее покрытие, так и на разделительную прослойку из стабилизированных материалов.
Толщину слоя усиления можно определить по формуле

где h - толщина слоя усиления, см; и k - коэффициенты, принимаемые при сращивании слоев; k1=1,05; k=1; при укладке верхнего слоя на разделительной прослойке k1=1,2; k=1; hм - толщина монолитного бетонного покрытия из материала верхнего слоя, рассчитанного на новую нагрузку, см; Е1 и Е - модули упругости бетона существующего покрытия и слоя усиления, кгс/см2 (Па); h1 - толщина существующего покрытия, см.
При усилении цементно-бетонных покрытий в наращиваемом слое необходимо предусмотреть штыревые соединения в местах сквозных температурных швов. Все работы по усилению покрытий выполняют комплектом бетоноукладочных и отделочных машин по технологии, применяемой при строительстве покрытий.
Ремонт тротуарных покрытий из цементно-бетонных и железобетонных плит состоит в заделке поврежденных швов, устранении просадок отдельных плит и замене износившихся или поврежденных плит. Восстановление швов между плитами заключается в их очистке от пыли и грязи, а также старого заполнителя и заполнении новыми материалами (песком или цементным раствором). Просевшие плиты поднимают и сдвигают в сторону, а места просадки засыпают песком и тщательно уплотняют. По уплотненной поверхности укладывают плиты, осаживая их деревянными трамбовками (мелкие плиты) или вибраторами, а затем заделывают швы между плитами.
Работы по капитальному ремонту покрытий дорог и тротуаров из сборных плит, когда необходимо заменить плиты на больших участках, осуществляют после разборки старого покрытия по той же технологии, которую ведут при новом строительстве.

Бетонные полы бывают просто необходимы на некоторых объектах: в складских помещениях, на терминалах, в гаражах и прочих. То есть там, где предполагается высокая нагрузка на пол, которую другое покрытие просто не выдержит. Популярность этого покрытия объясняется так же тем, что устройство бетонных полов, хотя и требует соблюдения технологии, но вполне под силу для самостоятельного выполнения.

Этапы устройства бетонного пола

К бетонным полам предъявляется ряд требований, которым они должны соответствовать: долговечность, высокая химическая стойкость, герметичность, устойчивость к нагрузкам, отсутствие пыления.

Для того, чтобы получить бетонное покрытие, которое отвечает всем этим требованиям, необходимо выполнить два условия: использовать качественные материалы и строго соблюдать технологию, в которой выделяют четыре основных этапа:

• подготовка основания;
• укладка бетона в стяжку;
• финишная обработка поверхности;
• нарезка швов, их герметизация.

Укладку пола можно проводить как по уже существующему цементобетонному основанию, так и по грунтовому.

Устройство бетонного пола по грунту хотя и экономичный, но довольно трудоемкий способ обустройства пола. Его целесообразно обустраивать в тех местах, где достаточно сухо. Качественно выполненный пол по грунту имеет слоистую структуру.

Существует несколько вариантов, но наиболее часто пирог пола по грунту выглядит так:

• грунтовое уплотненное основание;
• слой подсыпки из речного песка;
• слой щебня или керамзита;
• гидроизоляция;
• бетонная стяжка (черновая);
• пароизоляция;
• утеплитель;
• армированная стяжка (чистовая).

При необходимости в эту схему вносят коррективы, в зависимости от задач и условий. От этого зависит также и технология устройства бетонных полов. Такой пол требует тщательной подготовки основания.

Подготовка основания

При укладке на старое бетонное основание проводят тщательную подготовку: трещины расширяют и заполняют ремонтным составом из цементно-песчаной смеси или полимера. В местах, где основание не подлежит ремонту, его полностью снимают и укладывают новый бетон. Перепады высот нивелируют, пыль тщательно убирают.

Подготовка грунтового основания начинается с нивелировки, которая позволяет оценить объем предстоящих земляных работ и определить уровень пола. Затем грунт утрамбовывают с помощью специальных машин, что позволяет в дальнейшем избежать просадок и растрескивания пола. Далее укладывается «подушка» из речного песка и тоже утрамбовывается с помощью катков или вибротрамбующих машин. Для того, чтобы плотность подушки была достаточной, песка укладывают на 25% больше, затем смачивают и только после этого утрамбовывают до нужной толщины. Поверх песка засыпается слой гравия или керамзита.

Гидроизоляция

Гидроизоляция с одной стороны должна препятствовать впитыванию влаги основанием из бетонной стяжки, а с другой – предотвращает проникновение влаги из грунта. Производится она с применением полимерных мембран или рулонных материалов, иногда применяют толстый полиэтилен без повреждений.

Гидроизоляцию укладывают внахлест с напуском на стены (15-20 см), стыки проклеивают скотчем.

Укладка бетонного основания (чернового)

Данный слой играет роль основы для гидроизоляционных материалов. Черновую стяжку выполняют из так называемого «тощего бетона», с применением щебня (фракция 5 – 20). Требования к ней не слишком высоки, потому укладывается она довольно просто. Толщина должна быть не менее 40 мм, перепады по горизонтали – не больше 4мм.

Укладка пароизоляции

Слой пароизоляционных материалов (оптимальным решением будут полимерно-битумные мембраны, но и другие варианты тоже годятся) укладывается на черновое бетонное основание.

Утепление пола

Очень важно оценить, насколько необходима эта процедура, и какой материал для утепления пола лучше использовать. В качестве утеплителя стоит предпочесть материалы устойчивые к влиянию влаги, или же обеспечить их хорошую гидроизоляцию. Наиболее часто используют в качестве утеплителя пенопласт, экструдированный пенополистирол, минеральную вату.

Укладка финишной стяжки

Укладка финишной стяжки происходит в несколько этапов:

• Армирование (может осуществляться с помощью дорожной сетки, а при повышенных нагрузках лучше использовать каркас из прутьев от 8мм в диаметре).
• Заливка бетонной смеси (лучше воспользоваться услугами арендованной спецтехники).
• Установка маяков (маяковые рейки устанавливают приблизительно на расстоянии двух метров друг от друга, так, чтобы на них можно было опереть концы правила).
• Заливка пола (осуществляется на 1,5 см выше установленных маяков).
• Разравнивание и уплотнение бетона с помощью виброрейки или правила.

Финишная обработка поверхности

После завершения процесса укладки и уплотнения бетона делается технологический перерыв, для того чтобы бетон мог приобрести прочность. В зависимости от температуры воздуха и его влажности он может быть не меньше 3 часов, но не более 7 (глубина оставленного на нем следа должна составлять 2-3 мм). В этот период осуществляется грубая затирка пола с помощью затирочных машин или дисков. Чуть позже, когда глубина оставленного следа будет равна 1 мм, выполняют финишную затирку.

Иногда, чтобы получить более прочное и долговечное основание, используют топпинг, специальную смесь на основе цемента и других веществ, которая втирается в бетон. Применение специальных полимерных пропиток позволяет решить проблему пыления.

Нарезка швов в бетоне

Бетон в стяжке является довольно хрупким материалом, как это ни странно звучит, и склонен к растрескиванию. Для того, чтобы ограничить этот процесс, в бетонной стяжке нарезают деформационные швы. Их существует три вида:

• изоляционные – делаются в местах соприкосновения пола со всеми конструкциями здания: стенами, колонами, и препятствуют передаче вибраций;
• усадочные – снимают напряжение во время высыхания и усадки бетона, которые происходит неравномерно;
• конструкционные – делаются в тех местах, где происходит соприкосновение бетонов, уложенных в разное время.

Нарезаться швы должны, как только бетон приобретет достаточную прочность, но до появления произвольных трещин. Расположение швов отмечают мелом, нарезают их в той последовательности, в какой происходила укладка бетона. Глубина нарезки составляет приблизительно 1/3 толщины бетонной стяжки. Чтобы облегчить уход за швами и укрепить их края, осуществляют герметизацию. Тип герметика выбирают в зависимости от условий эксплуатации и предполагаемой нагрузки на пол. Перед герметизацией, шов тщательно очищают от пыли и мусора. После тщательного выполнения всех этапов, стяжке дают возможность затвердеть и высохнуть.

Резюме

Укладка бетонных полов – процедура, которая может выполняться не только профессионалами, но и самостоятельно. В любом случае, следует уделить пристальное внимание соблюдению всех этапов технологического процесса, некоторые нюансы и тонкости которого были освещены в статье. Такой подход позволит получить в результате прочный, долговечный пол, который отлично выдерживает большие нагрузки и достойно справляется со своей задачей.

Бетонами называют искусственные материалы, получающиеся в результате склеивания (скрепления) естественных каменных материалов - песка и гравия или щебня - в монолитный прочный камень. Бетоны различаются по вяжущему веществу, которым скрепляются зерна естественных каменных материалов. Наибольшее распространение имеет цементный бетон, в котором вяжущим веществом являются цементы. В дорожном строительстве широко применяются асфальтобетон и дегтебетон; в них вяжущим служат битумы и дегти. Существуют и другие виды бетонов: гипсобетон, известковый бетон и т. п.

Наша брошюра посвящена описанию свойств цементного бетона. В дальнейшем мы будем его называть просто бетоном.

Бетон - широко распространенный строительный материал. Сооружения из него можно часто видеть и на дорогах.

По внешнему виду бетонное сооружение, будь то опора моста, водопропускная труба или бетонное покрытие дороги, производит впечатление выполненного из серого камня. Со словом "камень" у нас обычно связано представление о мертвом, неподвижном материале, не изменяющем своих свойств в течение десятилетий и веков.

Представление о цементном бетоне, как о таком камне, правильно только с внешней стороны. На самом деле бетон - это искусственный камень, в котором непрерывно идут процессы развития, роста, старения, камень, который растет, крепнет, стареет и умирает. Действительно, основной особенностью цементного бетона по сравнению с другими камнями является формирование его свойств непосредственно на строительной площадке - в конструкции. Уже это придает всем работам, которые ведутся с бетоном, своеобразный характер. Бетон нужно не только приготовить, но и уплотнить, а затем создать такие условия, при которых он приобрел бы высокую прочность.

Цементное тесто в составе бетона, затвердевая, скрепляет, склеивает отдельные песчинки, отдельные щебенки в монолит, обладающий высокой прочностью, зависящей от прочности цементного камня, прочности каменных материалов и прочности сцепления цементит и камня с каменными материалами.

Смесь цемента, воды и песка называется растворной смесью, а после затвердевания - раствором. Смесь цемента, воды, песка и щебня или гравия в подвижном состоянии именуется бетонной смесью. Затвердевший камневидный материал, как было сказано выше, называется бетоном.

Приготовление бетона на строительной площадке ведется строителями; поэтому они имеют возможность влиять на свойства бетона в процессе его изготовления, имеют возможность регулировать свойства получаемого материала.

Основное свойство всякого строительного материала это его прочность.

Бетон обладает высокой прочностью, в особенности при сжатии. Бетонный кубик со стороной 10 сантиметров может выдержать нагрузку в 20-40 тонн, т. е. вес товарного вагона. Современные бетоны имеют еще большую прочность, выдерживая нагрузку в 500-600 килограммов на каждый квадратный сантиметр площади. Прочность бетона на растяжение значительно меньше. Если образец или конструкцию из бетона растягивать, то разрушение произойдет при усилиях в 10-15 раз меньших, чем при сжатии. В этом отличие свойств бетона от стали и других металлов, имеющих примерно одинаковую прочность и при растяжении и при сжатии.

Многие строительные конструкции при работе подвергаются действию изгибающих сил. В этом случае в сопротивлении бетона действию разрушающих сил основное значение имеет прочность его на растяжение.

Открытие и широкое применение в строительстве нового материала - железобетона устранило недостатки бетона как конструктивного материала. Железобетон завоевал прочное место в современном строительстве. В нем свойства бетона - большая прочность при сжатии, стойкость к действию воды и воздуха, огнестойкость - сочетаются с такими свойствами стали, как прочность при растяжении, упругость. В железобетонных конструкциях, там, где эти конструкции подвергаются действию растягивающих сил, установлены стальные стержни, которые и воспринимают действие этих сил. Количество стали и ее расположение в бетоне определяются расчетом. На рис.1 показано, как бетон и сталь совместно работают в новом материале - железобетоне.

Рис.1. Примеры для сравнения свойств бетона и железобетона

Железобетон в настоящее время распространен очень широко; из него возводятся плотины и мосты, дорожные покрытия автомобильных магистралей и покрытия взлетно-посадочных площадок для самолетов, строятся тоннели, трубы, резервуары, изготовляются конструкции жилых и промышленных зданий (колонны, балки, плиты перекрытий, лестницы и др.) и даже речные и морские суда. Бетон совершенно без стали, или, как ее называют, "арматуры", применяется теперь редко, но свойства цементного бетона во многом определяют и свойства железобетона.

В дорожном строительстве применение бетона быстро растет, поэтому каждый строитель-дорожник должен хорошо знать свойства этого материала.

Бетон обладает высокой стойкостью к таким природным воздействиям, как увлажнение и высушивание, охлаждение и нагревание, замораживание и оттаивание, истирание и размывание. Он является незаменимым материалом для долговечных сооружений, которые должны существовать десятки и сотни лет.

Важное преимущество бетона - это возможность использования местных материалов для его изготовления. Только одну десятую часть бетона (по весу) составляет искусственный материал - цемент, остальные девять десятых - это естественные каменные материалы и вода, которые нужно только добыть и доставить на место строительства.

Ни в какое сравнение нельзя поставить бетон с древесными материалами, которые разрушаются в результате гниения, легко загораются и непригодны поэтому для возведения долговечных сооружении. Сталь сравнительно быстро разрушается под действием влажного воздуха. Она не может быть использована для постройки стен зданий, так как легко проводит тепло; учитывая это свойство, стены из стали пришлось бы делать и 40 раз толще бетонных, сталь втрое тяжелее бетона.

Для строительства автомобильных дорог, по которым быстро движутся потоки автомобилей различных видов, бетон - незаменимый материал. Мосты, водопропускные сооружения, подпорные стенки и виадуки возводятся из железобетона. Дорожные покрытия на магистралях и основания под асфальтобетонные покрытия все в больших масштабах выполняются из цементобетона.

По решению партии и правительства в нашей стране широко развивается заводское производство сборного железобетона, применение которого приводит к индустриализации строительства, позволяет на строительной площадке только собирать сооружение из готовых деталей.

В дорожных покрытиях бетон противостоит изнашивающему действию проезжающего по дороге транспорта, передает и распределяет нагрузку от колес автомобиля на грунт. В конструкциях мостов бетон выдерживает тяжелые нагрузки от проходящих по мосту автомобилей, автобусов и трамваев, а также сопротивляется размывающему действию воды на опоры моста; о бетонные быки разламываются мощные льдины, которые несет в ледоход река. Теперь трудно даже представить, как велось бы строительство, если бы человек не располагал цементным бетоном. Многие сооружения, возводимые в наши дни из железобетона и бетона, потребовали бы гораздо больше труда и затрат при попытке использовать другие материалы, а иные были бы и совсем неосуществимы.

Если сравнить каменный мост с мостом из современного железобетона, обнаружится огромная разница в количестве материалов, во внешнем виде сооружений (рис.2). Каждому ясно, что чем меньше материалов идет на строительство, тем дешевле сооружение, тем оно выгоднее.

Рис.2. Мост, сооруженный из железобетона, и мост из естественного камня

О свойствах бетона и его применении в дорожном строительстве рассказывается далее.

Приготовление бетонной смеси

Чтобы из таких разнородных по свойствам веществ, как вода, цемент, песок и щебень или гравий, получить материал с вполне определенными свойствами - бетон, нужно выполнить ряд операций. При этом важно соблюдать указания технических правил и инструкций. Производство бетона хотя и происходит часто непосредственно на строительной площадке, но и в этом случае напоминает нам любое заводское производство.

Из хорошего цемента и каменных материалов можно получить прочный и устойчивый бетон, но можно и испортить его, если нарушить правила приготовления и составления бетона. Прежде всего необходимо определить состав бетонной смеси - соотношение всех материалов для нее. Сколько нужно взять цемента и других материалов и в каком соотношении, определяет лаборатория, существующая на каждом строительстве. До подбора состава бетона должны быть известны требования к этому бетону. В проекте сооружения в зависимости от назначения бетона к нему предъявляются те или иные требования по прочности и другим техническим свойствам.

Прочность бетона указывается в виде марки. Долговечность бетона в большинстве случаев выражается в требовании к его морозостойкости. Для климатических условий нашей страны необходим бетон с очень высокой морозостойкостью. Чтобы бетон удовлетворял этим требованиям, должен применяться портланд-цемент определенного минералогического состава и марки не ниже 500; каменные материалы можно использовать только проверенные на морозостойкость, а водоцементное отношение смеси следует принять не выше 0,50. При соблюдении всех этих требований бетон будет обладать высокой морозостойкостью. Не менее важно при назначении состава бетона предусмотреть, чтобы свойства бетонной смеси соответствавали имеющимся механизмам для ее уплотнения и укладки.

Это соответствие достигается таким подбором состава смеси, который придает ей определенную подвижность. Скорость разжижения бетонной смеси при вибрировании называют еще удобоукладываемостью.

Подвижность бетонной смеси определяют следующим способом. Бетонной смесью наполняют металлическуюформу - конус, не имеющий дна и установленный на ровной подставке. Конус снимают и измеряют оседание (оплывание) бетонной смеси после его снятия. Подвижность бетонной смеси выражают в сантиметрах осадки смеси по сравнению с первоначальной высотой.

Для определения удобоукладываемости конус устанавливают в форму образцов - кубов с размером сторон 20 сантиметров. Форму с конусом закрепляют на лабораторной виброплощадке (рис.3). Конус заполняют бетонной смесью, так же как и при определении подвижности, снимают форму-конус, включают виброплощадку и определяют время расплывания бетонной смеси в форме. Показателем удобоукладываемости является время в секундах, которое затрачивается на расплывание смеси в форме.

Рис.3. Определение удобоукладываемости бетонной смеси:
слева - форма с конусом, заполненным бетонной смесью, до вибрирования;
справа - форма с бетонной смесью после вибрирования

Для обычного дорожного бетона применяется смесь с осадкой конуса 2-3 сантиметра и удобоукладываемостью 20-25 секунд. Для тонкостенных и густоармированных конструкций осадка конуса бетонной смеси должна составлять 5-6 сантиметров при удобоукладываемости 5-10 секунд.

Основное требование, которого обычно придерживаются при подборе состава бетона для дорожных покрытий и для армированных конструкций, - это заполнение всех пустот между частицами более крупного материала мелкими частицами. Кроме этого, необходимо создание смазывающего слоя из цементного теста на поверхности частиц заполнителя для получения подвижной смеси.

Рис.4. Схема подбора состава бетона

Ha рис.4 наглядно представлен ход подбора состава бетона. Сначала задаются количеством цемента или по вспомогательным таблицам подсчитывают количество воды, необходимое для данной смеси. Затем определяют водоцементное отношение - В/Ц. Это отношение очень важно для характеристики качества и свойств цементного камня и бетона. Понятно, что чем более разбавлен цементный клей, тем меньше его прочность. В практике подбора состава бетона заданной прочности пользуются построенными на основании опытных данных графиками зависимости прочности бетона от В/Ц. На рис.5 приведен пример такого графика для бетонов на цементах разных марок и щебня. При большом объеме работ рекомендуется подбирать состав бетона заранее, в лаборатории, определяя зависимость прочности бетона от водоцементного отношения на опыте для данных материалов. Определив расход цемента и воды, рассчитывают количество минеральных материалов - песка и щебня - таким образом, чтобы их объем в сумме с объемом цементного теста составил 1000 литров (1 кубометр). После предварительных расчетов обязательно производят пробное затворение бетонной смеси с проверкой ее удобоукладываемости и с изготовлением контрольных образцов. Если при проверке удобоукладываемость бетонной смеси окажется отличающейся от заданной, производят исправление состава бетона изменением содержания в нем цемента и воды, оставляя неизменным водоцементное отношение.

Рис.5. График зависимости марки бетона от водоцементного отношения для цементов разных марок (цифры над кривыми обозначают марку цемента).

Когда установлен состав бетона, он передается на бетонный завод. Для точного отвешивания составляющих на современных бетонных заводах применяются автоматические весовые дозаторы, которые устанавливаются для отвешивания заданной порции любого сыпучего материала или воды. На небольших бетоносмесительных установках пользуются более простыми дозаторами, например бункерами или ящиками, смонтированными на обычных сотенных весах.

Точное отмеривание составных частей бетона необходимо для того, чтобы его свойства совпадали с заданными и гарантировалась необходимая однородность смеси. Кроме того, неточность в дозировании ведет к перерасходу цемента - наиболее дорогой составной части бетона. Поэтому современные технические правила требуют обязательного применения несовой дозировки всех материалов.

Следующая операция это перемешивание бетонной смеси. Перемешивание производится в специальных машинах - бетономешалках. Наша промышленность для разных условий работы выпускает передвижные и стационарные бетономешалки разной мощности с объемом смесительного барабана от 100 до 4500 литров. Для приготовления жестких смесей выпускаются бетономешалки с принудительным перемешиванием. Обычные бетономешалки перемешивают бетонную смесь за счет переваливания ее лопастями при вращении барабана. На рис.6 показаны два вида наиболее распространенных бетономешалок. После перемешивания смесь выгружается путем наклона барабана при его грушевидной форме или через лоток, вдвигаемый внутрь барабана.

Рис.6. Бетономешалки различной конструкции

Обычные бетономешалки работают по такому периодическому циклу. Но существуют и бетономешалки непрерывного действия, имеющие значительно большую производительность при меньших размерах.

Производительность бетономешалки периодического действия изменяется в зависимости от их емкости. При средней емкости она вмещает при загрузке 1200 литров сухих материалов и выдает около 800 литров готовой бетонной смеси. Ее часовая производительность составляет примерно 15 кубометров смеси. Бетономешалка непрерывного действия более экономична и проектируется на производительность 100-200 кубометров в час.

В дорожном строительстве широко применяются передвижные бетономешалки, так как при поступлении материалов железнодорожным или водным транспортом и больших расстояниях от баз до места укладки перевозка бетонной смеси затрудняется и становится технически недопустимой. При длительной перевозке смеси изменяется ее подвижность и ухудшается качество; поэтому дорожники стремятся перевозить сухие материалы, а смешивать их на месте укладки в передвижной бетономешалке.

Последнее достижение техники в области приготовления бетона - современные автоматизированные заводы для крупных строек. Круглые сутки на таком заводе работают затворы дозаторов, сыплется с грохотом в бункеры щебень и песок, льется вода. Готовая бетонная смесь вываливается в кузова мощных самосвалов, которые везут ее на сооружения, выгружают и снова возвращаются на завод.

Работы по дальнейшему усовершенствованию способов приготовления и укладки бетонной смеси продолжаются.

Чтобы плотно уложить бетонную смесь при наименьшем содержании в ней воды, а следовательно, при наименьшем расходе цемента, в настоящее время широко применяется вибрирование бетонной смеси. В чем же заключается его действие. Каждому известно, что встряхивание зернистого материала, например сухого песка, позволяет поместить и один и тот же ящик гораздо больше материала, чем без такого потряхивания: материал укладывается плотнее. Если встряхивать с большой частотой бетонную смесь, то цементным раствор разжижается, и смесь приобретает свойства жидкости. В таком состоянии бетонная смесь плотно заполняет несь объем опалубки, не оставляя в ней пустот - раковин.

Для придания вибрации бетонной смоги применяются специальные механизмы - вибраторы.

Вибратор совершает несколько тысяч колебаний в минуту, и эти колебания передаются окружающей его бетонной смеси. Смесь, приобретая свойства тяжелой жидкости, растекается по опалубке, заполняя ее и обволакивая арматуру. Щебет, и гравий при этом тонут в цементном растворе и равномерно распределяются по всей массе бетона.

Применяя вибрацию, можно уложить значительно менее подвижные смеси, чем вручную. Уменьшая количество воды для таких смесей, мы улучшаем технические свойства бетона. Поэтому вибрированный бетон обладает более высоким качеством по сравнению с бетоном, уложенным вручную.

Наша промышленность выпускает различные виды вибраторов, предназначенных для укладки бетона в массивные и тонкостенные, неармированные и армированные конструкции. На рис.7 показан внешний вид внутреннего и поверхностного вибраторов для уплотнения бетонной смеси.

Рис.7. Внешний вид вибраторов:
а - внутренний вибратор;
б - поверхностный вибратор

Внутренний вибратор при работе погружается в бетонную массу. Для конструкции небольшой толщины и с большой горизонтальной поверхностью, как, например, дорожные покрытия, плиты мостов и перекрытий и т. п., применяются так называемые поверхностные вибраторы (изображен на рис.7, б), прикрепленные к площадке, которая ставится на поверхность бетона. Колебания площадки передаются бетонной смеси. Они наиболее широко раопространены в дорожном строительстве. Для уплотнения бетона в изделиях форма с изделием устанавливается на специальный вибростол. При включении вибратора колебаниям подвергается вся форма вместе с бетонной смесью; в результате достигается высокая степень уплотнения. Можно передать колебания бетонной смеси и закрепив вибратор на опалубке; такие вибраторы называются наружными или тисковыми, так как крепятся к опалубке при помощи тисков.

Техника уплотнения бетона, особенно при изготовлении сборных бетонных изделий, быстро совершенствуется: увеличиваются мощность и частота колебаний вибраторов, вводится одновременное вибрирование на вибростоле и поверхностным вибратором, вибрирование с пригрузкой бетонной смеси по всей площади изделия. Можно предполагать, что в ближайшие годы технология укладки и уплотнения бетона сделает значительный шаг вперед на пути дальнейшего технического прогресса.

При строительстве дорог применяются сложные комплексные бетоноотделочные машины, производящие разравнивание смеси, уплотнение ее вибрированием и трамбованием, профилирование поверхности и трамбование ее. Современный агрегат для устройства цементобетонного дорожного покрытия (рис.8) не уступает по сложности выполняемых операций и эффективности работы зерновым и угольным комбайнам.

Рис.8. Дорожный бетоноукладчик

Весь цикл устройства дорожного покрытия выполняется несколькими машинами. По профилированному и уплотненному основанию устанавливаются рельс-формы; они отграничивают полосу будущего покрытия проезжей части, являются опалубкой для плиты дорожного покрытия и в то же время служат рельсами для движения бетоноукладочных машин. Цепочка автомобилей-самосвалов доставляет бетонную смесь с завода и сбрасывает ее в ковш распределителя. Из ковша смесь перегружается в бункер-распределитель и укладывается п рыхлом состоянии на основание между рельс-формами слоем определенной толщины. Вслед за распределителем движется бетоноотделочная машина, уплотняющая, выравнивающая и профилирующая покрытие; за ней передвигаются устройства для нарезки температурных швов. За сутки такой агрегат может пройти 300 метров, оставив после себя готовое дорожное покрытие. После укладки бетона поверхность его закрывают слоем песка или пленкой какого-либо лака или битума, предохраняя этим от высыхания. В случае когда укрытие сделано песком, его регулярно поливают водой. Через 20 суток разрешается открывать движение по дороге, если стояла теплая погода с температурой воздуха не ниже 15°.

Для средней полосы России продолжительность строительного сезона составляет около 200 суток. За это время один комплект машин сможет приготовить 60 километров первоклассной дороги. А какое огромное количество строительных материалов надо перевезти для этого! Только для сооружения покрытия понадобится свыше 3500 тонн материалов на километр дороги, а на все протяжение дороги - свыше 200 000 тонн. Для перевозки всей этой массы песка, щебня, бетонной смеси и т. п. потребуется около 40 000 рейсов мощных самосвалов.

Созревание бетона

От момента изготовления бетонной смеси до полного ее затвердевания проходит определенный период созревания, приобретения прочности, продолжающийся в зависимости от вида цемента и внешних условий (температуры и влажности) от нескольких дней до нескольких месяцев и даже лет. За это время бетон из подвижность пластичной массы превращается в прочный искусственный камень.

Это превращение происходит постепенно. Первый период созревания бетона называется периодом схватывания. Он длится обычно несколько часов. В это время цементное тесто теряет свою подвижность. Вода частично вступает в химические соединения, а частично распределяется по поверхности вновь образовавшихся соединений, бетонная смесь теряет свою подвижность и приобретает минимальную прочность.

Период схватывания невозможно резко отделить от следующего периода - периода твердения. Однако через несколько часов после укладки наступает момент, когда бетонная смесь становится неподвижной и не может быть провибрирована без разрушения. Этот момент можно считать концом периода схватывания.

Чтобы процессы химического соединения воды с минералами цемента шли достаточно эффективно, необходимо поддерживать бетон во влажном состоянии. Твердение прекращается не только при пониженной температуре, но и при недостаточной влажности. В этом отношении бетон напоминает растение: его надо поливать и держать в тепле, чтобы он хорошо окреп. При обычной температуре бетон на портланд-цементе приобретает основную прочность в течение 20-30 суток твердения. Благоприятное действие на скорость твердения оказывает повышение температуры, которое, как известно, ускоряет химические реакции. Для расчетов обычно принимают прочность, которую бетон достигает к сроку твердения 28 суток. Повышение температуры позволяет получить эту же прочность в значительно более короткие сроки.

На основании изучения процесса твердения выработаны условия получения хорошего бетона: умеренное количество воды при затворении, влажные и теплые условия твердения. От соблюдения этих условий зависит качество конструкций.

Бетонные работы зимой

Сравнительно суровые климатические условия почти на всей территории России неблагоприятны для твердения бетона; поэтому строителям часто приходится искусственно создавать уложенному бетону влажную и теплую среду. Советские ученые и инженеры разработали высокоэффективные методы укладки бетона в зимних условиях, позволяющие вести работы круглый год.

Зимой приходится подогревать материалы для бетона и предохранять их от остывания или даже обогревать уложенный в сооружение бетон, пока он не приобретет нужной прочности. Но за последние годы разработан способ, позволяющий вести работы при отрицательных температурах и без обогрева материалов и бетона.

Самый простой способ создать благоприятные условия для твердения бетона в зимнее время - это способ "термос а", разработанный свыше 40 лет назад проф. И.А. Киреенко. При этом способе конструкцию хорошо изолируют от окружающей среды так, чтобы она длительное время оставалась в тепле. Принцип этого метода - тот же, что и у обычного термоса. Выделяющееся во время твердения цемента тепло при отсутствии потерь разогревает конструкцию изнутри. Таким способом можно укладывать бетон в массивные сооружения, поверхность которых невелика по сравнению с объемом.

Для менее массивных конструкций применяют искусственный обогрев: сооружение одевают деревянным тепляком (это наименее выгодный прием) или прогревают паром, устанавливая вокруг опалубки специальный кожух, под который пропускают пар, или, наконец, прогревают сооружение электрическим током.

Широкое применение при производстве бетонных работ зимой находит способ, основанный на введении в бетонную смесь добавок солей, понижающих температуру замерзания бетонной смеси и ускоряющих процессы твердения бетона. К таким солям относятся хлористые соли: хлористый кальций и хлористый натрий. При небольших добавках солей возможно строительство любых ответственных сооружений в условиях заморозков и слабых морозов без принятия специальных мер по обогреву бетона. Для менее ответственных и временных сооружений возможно применение больших добавок солей, которые позволяют вести работы так же, как и летом, при температурах до -20°.

На рис.9 изображены различные способы прогрева бетона в сооружениях при производстве работ в зимнее время. Пропариваиие бетона применяют и в летнее время на базах по производству сборных железобетонных деталей для ускорения твердения бетона и увеличения оборачиваемости форм.

Рис.9. Способы прогрева бетона зимой:
а - способ "термоса"; б - паропрогрев; в - электропрогрев

Методы производства бетонных работ зимой, ускоренные способы созревания бетона путем прогрева и пропаривания нашли в советской строительной технике самое широкое распространение.

Круглогодичное производство работ, изготовление сборных изделий на заводах становятся основными приемами, характеризующими отечественную технику бетонных работ, в том числе и на дорожных стройках.

Долговечность бетонных сооружений

В строительстве гигантских сооружений цементному бетону принадлежит важнейшая роль, как одному из наиболее долговечных строительных материалов современности.

На первый взгляд мертвые, неподвижные сооружения из бетона живут и сложных и напряженных условиях, подвергаясь разрушительным изменениям. Понять жизнь бетона, его свойства и болезни, научиться управлять его жизнью по своему желанию - вот задача человека, создавшего бетон.

Действительно, почему разрушаются отдельные сооружения, построенные из бетона?

Бетон хотя и очень стоек, но со временем "дряхлеет", покрывается трещинами, рассыпается и погибает. Дело в том, что бетон сохранялся бы практически вечно, если бы не подвергался воздействиям окружающей среды. Наиболее сильное разрушающее действие на сооружения из бетона оказывает вода.

Существует древняя латинская поговорка "капля точит камень". Эта поговорка верна не только в переносном, но и в прямом смысле. Нередко можно видеть на старом каменном тротуаре углубления, образовавшиеся в камне в местах постоянного падения капель воды с крыши. Они появились потому, что происходит медленное растворение камня в воде. Частицы падающей воды отрывают молекулы вещества, составляющего камень, с его поверхности, окружают их и уносят с собой. В течение длительного времени даже кварцевый речной песок постепенно растворяется в больших количествах воды.

В природных условиях в течение длительных периодов времени, измеряемых десятками и сотнями тысяч лет, непрерывно происходят процессы растворения одних пород и образования новых.

Растворение естественных и искусственных каменных материалов может значительно увеличиться, если вода содержит углекислоту и некоторые другие вещества. Углекислый газ содержится в воздухе в очень небольшом количестве (0,03%) и, следовательно, присутствует во всякой воде, которая соприкасается с воздухом.

Такой широко распространенный природный каменный материал, как известняк, растворяется в еще больших количествах в воде, чем кварц. Для растворения 1 грамма известняка нужно около 3000 литров воды. Присутствие углекислого газа в воде резко повышает растворимость известняка. В природных залежах известняка в результате растворения его водой образуются огромные подземные пещеры.

Мы подробно рассказываем об устойчивости горных пород, так как бетон по существу представляет собой искусственную горную породу, и процессы его разрушения сходны с разрушением естественных горных пород.

Затвердевший бетон содержит известь, вещество хорошо растворимое в воде. Да и другие вещества, составляющие цементный камень, могут постепенно растворяться в воде.

Академик А.А. Байков, изучивший долговечность бетонов, указывал, что все бетонные сооружения из портланд-цемента неизбежно должны подвергаться процессу выщелачивания извести и по истечении известного времени утрачивать всякую связность и разрушаться.

В дорожных сооружениях наибольшую опасность растворение представляет для мостовых опор. В дорожном покрытии растворяющему действию воды подвергается поверхностный слой.

Кроме растворяющего действия, вода особенно опасна в тех случаях, когда бетонное вооруженно подвергается попеременному намоканию в воде и последующему замораживанию. Многократное повторение таких циклов приводит к быстрому разрушению бетона.

При замораживании бетона, насыщенного водой, разрушение происходит вследствие известной из физики аномалии воды. В противоположность большинству веществ вода, как известно, при замерзании, т.е. при переходе из жидкого состояния и твердое, расширяется, и весьма значительно - примерно на 10%. Всем известно, что нельзя оставлять на морозе наполненную водой и закупоренную бутыль: вода замерзнет, и бутыль может лопнуть, так как замерзающая иода может развить давление свыше 800 атмосфер (рис.10). Даже стальные водопроводные трубы, уложенные в земле, в сильные морозы могут лопнуть в результате замерзания находящейся в них воды. Увеличение объема воды при замерзании использовалось прежде в каменоломнях для раскалывания добываемого камня.

Рис.10. а - вода, замерзшая в открытом сосуде (ведре): лед образует "шапку" над стенками сосуда, занимая больший объем;
б - при замораживании воды в плотно закрытом сосуде давление на его стенки достигает 800 атмосфер

Такие же явления происходят в затвердевшем бетоне, когда он подвергается замораживанию. Вода, находящаяся в порах бетона, замерзает в них и, расширяясь, вызывает напряжения, способные разрушить бетонное сооружение. Большая или меньшая устойчивость бетона к разрушающему действию воды и мороза зависит прежде всего от строения цементного камня. Задачей строителя-дорожника, возводящего бетонные сооружения, является создание всех условий для получения морозостойкого долговечного бетона. Для этого бетон должен быть возможно более плотным, а это значит, что он должен быть приготовлен при минимальных количествах воды, плотно уложен и выдержан в благоприятных условиях для твердения.

В подводных и подземных частях сооружений нет опасности разрушения бетона от замораживания, на здесь возможно растворяющее действие воды, которое может быть усилено химическим действием солей, растворенных в природных водах.

Природные воды (подземные и речные) могут иметь резко различный состав в зависимости от состава горных пород, с которыми они соприкасаются на своем пути.

Для бетона особенно вредно содержание в воде сернокислых солей (сульфатов). Сернокислый кальций, сернокислый магний, сернокислый натрий опасны потому, что, попадая в водном растворе внутрь бетона, вступают в химическое взаимодействие с составными частями затвердевшего цементного камня, образуя новые соединения. Когда в затвердевшем цементном камне начинаются химические реакции с образованием новых веществ, то, естественно, сцепление частиц цементного камня нарушается и его прочность, а следовательно, и прочность бетона падает. Кроме этого, сульфаты образуют с составными частями цементного камня - известью и алюминатами кальция - новое соединение - сульфоалюминат кальция, который занимает объем в 2,5 раза больший, чем исходные материалы.

Кристаллизация сульфоалюмината кальция приводит к разбуханию и растрескиванию цементного камня, а следовательно, и конструкций из цементного бетона.

Различные виды агрессивного химического воздействия природных вод на бетон могут быть сведены к трем основным видам, представленным на рис.11.

Рис.11. Основные виды разрушения бетона агрессивными водами

Проектируя и строя долговечные сооружения, инженеры учитывают условия, в которых эти сооружения будут находиться, и рассчитывают их службу на заранее заданные сроки.

Дорожные покрытия из бетона

Прочный, долговечный, износоустойчивый цементный бетон показал себя с самой лучшей стороны в качестве материала для дорожных оснований и покрытий. Расчеты подтверждают, что применение цементного бетона дает большую экономию народному хозяйству.

Еще в 1913 г, в Тифлисе была построена первая дорога с бетонным покрытием.

Помимо прямых экономических выгод при строительстве, бетонное покрытие дает значительные технико-экономические преимущества при эксплуатации дороги. Высокая долговечность бетона позволяет сократить расходы на содержание и ремонт до минимума. Срок службы бетонного покрытия автомобильной дороги в несколько раз больше по сравнению с покрытием из асфальтобетона. Хорошо построенная дорога с цементобетонным покрытием (рис. 20) может служить без капитального ремонта несколько десятков лет. Цементобетонное дорожное покрытие представляет собой плиту толщиной 18-24 сантиметра.

Рис.12. Автомобильная дорога с цементобетонным покрытием

Если дорогу покрыть сплошной лентой бетона, то при изменениях температуры (днем и ночью, летом и зимой) бетонная плита будет изменяться в размерах - расширяться и сокращаться, и в ней возникнут напряжения, которые могут привести к растрескиванию бетона. Всем известно, что при устройстве железнодорожных путей рельсы для предохранения от коробления при температурном расширении никогда не соединяют вплотную, а оставляют на стыках зазор в несколько миллиметров. Летом этот зазор закрывается, а зимой концы рельсов расходятся.

На бетонной дороге тоже на определенном расстоянии делаются швы - зазоры. Чтобы бетонная плита не разрушалась при нагревании, устраивают швы расширения - сквозные зазоры между соседними плитами бетонного покрытия. Швы заполняют эластичной мастикой из битума, чтобы в основание под плиту не проникала вода. Швы расширения в умеренном климате устраивают через 20-30 метров. Это расстояние зависит от температуры бетонной смеси в момент укладки, а также от климата местности.

Если не предусмотреть шва расширения, то покрытие, нагреваясь в жаркий солнечный дочь, будет так напряжено, что с его поверхности могут откалываться целые куски бетона. С силой отлетая от покрытия, они могут вызвать несчастные случаи. Такие явления наблюдались на одной из дорог Калифорнии (США), где не было сделано необходимых швов.

При охлаждении покрытия до температуры меньшей, чем температура бетонной смеси и момент укладки, бетон будет сжиматься, и бетонная плита может дать трещины. Во избежание появления таких трещин покрытие разделяется швами на расстояниях меньших, чем те, при которых возникают опасные напряжения. Такие швы устраиваются обычно на расстоянии (5-10 метров и представляют собой прорези, глубина которых равна одной трети толщины плиты. Эти швы называются швами сжатия. Когда в бетоне поянлнютеи напряжения от сжатия при охлаждении, бетонная плита растрескивается в наиболее слабом месте - по сечению, ослабленному надрезом. Шов сжатия заливают мастикой, так же как и шов расширения.

По оси дороги также устраивают шов по типу швов сжатия, - иначе возможно образование продольной трещины.

Таким образом, цементобетонное дорожное покрытие состоит как бы из отдельных плит. Во избежание нарушения монолитности всего покрытия, а также для передачи нагрузки от движущихся машин от одной плиты к другой в швах устанавливают специальные металлические стержни.

От качества выполнения всех работ по устройству покрытия зависит в дальнейшем срок его службы.

Строительство дорог с бетонным покрытием непрерывно возрастает, они становятся основным видом магистральных дорог.

Устройство полов. Материалы и технологии Зарубина Людмила

Глава 4 Монолитные бесшовные цементно-бетонные покрытия полов

Монолитные бесшовные цементно-бетонные покрытия полов