О компании

Продукция


ДОРОГИ РОССИИ: АСФАЛЬТ ИЛИ БЕТОН?

Автор — И.А. ВОЙЛОКОВ
Доцент кафедры «Технология, организация и экономика строительства» инженерно-строительного факультета ГОУ СПбГПУ
Статья опубликована в № 64 журнала «Еврострой»

Как известно, по состоянию дорожного фонда наша страна занимает одно из последних мест в мире. Как правило, наши дороги требуют ремонта уже через три года после ввода в эксплуатацию, а затем – ежегодного так называемого ямочного ремонта. Не последнее место в процессе ухудшения эксплуатационных свойств играет и обслуживание дорожного полотна.

Технологий устройств дорог в мире применяется много. Есть серьезные различия в технологиях строительства дорог в России и на Западе. Это относится как к подготовке основания, так и к укладке верхнего слоя покрытия. Многое зависит от геологии, от рельефа местности, от климата, от транспортной нагрузки, от бюджета строительства и других факторов. Любой проект в дорожном строительстве будет индивидуален. Так, дорога в горах должна повторять рельеф местности. Дороги магистрального типа (автобаны, хайвэи), так называемые «дороги первой категории» вынуждают строителей спрямлять рельеф местности – выравнивать ландшафт: засыпать впадины, срезать холмы, строить мосты и эстакады – через реки, туннели – сквозь горы. В силу того, что на такой дороге должен обеспечиваться определенный скоростной режим, она не должна иметь крутых поворотов, подъемов и спусков.

Если тело самой дороги, ее сечение, конструкция имеет массу вариантов, то классифицируют их в основном по материалу верхнего покрытия: асфальтовое или бетонное. В асфальтовом в качестве вяжущего используется битум, в бетонном – цемент: в этом случае на бетон кладут асфальт, обеспечивая таким образом на многие десятилетия качественный нижний слой, и меняя каждые 5–7 лет верхний асфальтобетонный слой. Это позволяет создать долговечную и прочную дорогу.

Бетонное покрытие дороже асфальтового на 70–80%. Но асфальтовое требует ухода и ремонта уже через 3-4 года после ввода дороги в эксплуатацию: заливки трещин, засыпки ям и т.п. Бетонное покрытие первые 10–12 лет эксплуатации практически ничего не требует, как говорят дорожники: только пыль сдувай. Фактически лет через 8 общие эксплуатационные затраты на бетонную и асфальтовую дороги уравниваются, а затем бетонная становится все дешевле и дешевле асфальтовой. Вот и получается, что скупой платит дважды, а российский водитель по вине чиновников – ежегодно.

На территории России строят главным образом асфальтовые дороги, на Западе – бетонные. Бетонные дороги служат 50 лет. По статистике их в США – 60%, в Германии – 38%, в Австрии – 46%. в то время как в России — всего 3%.

Надо отметить, что строительство бетонных дорог в нашей стране затормозилось из-за дефицита требуемых марок цемента, малой производительности работ и их высокой стоимости.

Как любое инженерное сооружение дорога – конструкция достаточно сложная. В упрощенном виде она выглядит так: отсыпка грунта, земляная подушка, над ней – два слоя по 25–30 см – слой песчаной смеси с геотекстилем, препятствующим проникновению влаги вверх из почвы, и слой щебня. Все материалы и действия с ними строго регламентированы СНиПами, все это многократно трамбуется катками и расклинцовывается, обильно поливается водой, затем наносится битум и три слоя асфальтобетона – 5, 6 и 8 см. Каждый слой также укатывается до определенного состояния. Фактически также выглядит и бетонная дорога, но верхний слой – качественно уложенный и выравненный бетон.

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 довольно большую экономию. В качестве примера можно привести использование бетона как материала для строительства дорог еще в царской России. В 1913 г. в Тифлисе была построена первая дорога с бетонным покрытием. Продолжено строительство было в 60-70-х гг. прошлого века и большинство из них все еще не нуждается в капремонте.

Как уже упоминалось, 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. Качественно построенная дорога с цементобетонным покрытием может служить без капитального ремонта несколько десятков лет. Конструктивно цементобетонное дорожное покрытие представляет собой плиту толщиной 18–24 см.

Если используя современное оборудование, дорогу покрыть сплошной лентой бетона, то при изменениях температуры (днем/ночью, летом/зимой) бетонная плита будет изменяться в размерах – расширяться и сокращаться, и в ней возникнут напряжения, которые могут привести к растрескиванию бетона. Поэтому на бетонной дороге на определенном расстоянии делаются так называемые ложные швы – зазоры. Для того чтобы бетонная плита не разрушалась при нагревании, устраивают деформационные швы расширения – сквозные зазоры между соседними плитами бетонного покрытия. В умеренном климате данные швы устраивают через 20–30 м. Это расстояние зависит от температуры бетонной смеси в момент укладки, а также от климата. Швы заполняют эластичной мастикой из битума, чтобы в основание, под плиту не проникала вода.

Если не предусмотреть деформационные швы расширения, то покрытие, нагреваясь в жаркий день, будет достаточно напряжено, и с его поверхности могут выкалываться целые куски бетона. В качестве примера можно привести ситуацию с бетонными дорогами в штате Калифорния, которая возникла в 1950-е годы. В то время производственники и специалисты еще мало знали о нюансах технологий. Бетонные куски, с силой отлетая от покрытия, вызвали целый ряд аварий, а причиной послужило недостаточное количество необходимых деформационных и ложных швов.

Если рассмотреть физику бетона, то при охлаждении покрытия до температуры меньшей, чем температура бетонной смеси в момент укладки, бетон будет сжиматься, и бетонная плита может дать трещины. Во избежание этого покрытие разделяется швами на расстояниях меньших, чем те, при которых возникают опасные напряжения. Такие швы устраиваются обычно на расстоянии 6–12 м, они представляют собой прорези, глубина которых равна 1/3 толщины плиты. Эти швы называются ложными. Когда в бетоне появляются напряжения от сжатия при охлаждении, бетонная плита растрескивается в наиболее слабом месте – по сечению, ослабленному надрезом. Благодаря ложным швам можно контролировать «поведение» всей бетоннной плиты. Ложный шов сжатия/расширения заливают специальной эластичной мастикой.

Шов по типу ложного необходимо устраивать также по оси дороги, иначе возможно образование продольной трещины.

Таким образом, дорожное покрытие на цементном вяжущем 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 этапов работ по устройству покрытия зависит в дальнейшем срок его службы.

В мире строительство дорог с бетонным покрытием непрерывно возрастает, они становятся основным видом магистральных дорог.

Хочется надеяться, что в ближайшем будущем положение дел изменится, т.к. бетонные дороги не только не хуже асфальтовых, но и имеют ряд преимуществ. Эти плюсы можно условно разделить на три части: эксплуатационные, экологические и экономические.

Эксплуатационные преимущества связаны с тем, что бетон как «жесткий» вид покрытия распределяет нагрузку на большую площадь земляного полотна по сравнению с «гибким» асфальтом. Цементобетонные дороги гораздо долговечнее и прочнее асфальтовых и способны служить, не требуя ремонта до 50 лет. В то время как движение по асфальтовым трассам часто останавливается или ограничивается из-за ремонта, дороги с бетонным покрытием эксплуатируются практически без перерывов. В течение весеннего сезона, когда земляное полотно испытывает наиболее сильные нагрузки по температурному режиму, только 6% «бетонок» подвергаются определенным деформациям, для асфальтовых дорог этот показатель составляет 61%.

Большегрузные автомобили сильно прогибают асфальт, портят его, что приводит к существенному увеличению расхода топлива. Бетонное покрытие уменьшает прогиб дорожного полотна и, следовательно, экономит топливо. К тому же на нем не появляется колейности и волнообразности, как на асфальте. Согласно исследованию группы экспертов для Федеральной администрации по автотрассам США, проведенному в 1982 г., экономия топлива в данном случае составляет 20%.

Движение по бетонным дорогам значительно безопаснее. В дождливую погоду выбоины в асфальте наполняются водой, что создает дополнительную опасность из-за глиссирования колес. Зимой вода в выбоинах превращается в лед, что снижает коэффициент сцепления. В то же время на гладком бетонном полотне жидкость практически не задерживается.

Бетонное покрытие в темное время суток отражает свет значительно лучше, чем асфальт, что обеспечивает хорошую видимость для водителей. По некоторым данным, отражающий эффект бетонной трассы позволяет уменьшить уровень освещения на 20%.

Несомненные экологические преимущества бетонных дорог перед асфальтовыми связаны со следующими моментами:

  • Нефтепродукты, используемые в асфальтовом покрытии, вместе с водой проникают в почву, и через несколько лет эксплуатации земля как под дорогой, так и вокруг полностью загрязняется нефтепродуктами.
  • Меньший расход топлива на то же расстояние по бетонной дороге означает меньший выброс вредных веществ в атмосферу. К тому же повышенные эксплуатационные характеристики «бетонок» позволяют одной единицей большегрузной техники перевозить по ним гораздо большее количество груза. Разумеется, это также уменьшает выбросы в атмосферу.
  • Многие противники бетонных дорог утверждают, что они весьма «шумные». Как показали исследования, движение по бетонной дороге действительно создает больше шума, но в среднем всего на 5 дБ больше, чем по асфальтовой (для сравнения: показатель человеческого шепота — 20 дБ). Более того, современные технологии строительства позволяют «бетонкам» полностью приблизиться к асфальтовым дорогам с точки зрения шумности.

Как уже говорилось выше, в развитых странах давно оценили по достоинству преимущества бетонных дорог. Поэтому и в Бельгии, и в США за счет государственных субсидий поддерживается строительство цементобетонных покрытий на уровне 40–60% от общего объема строительства автомобильных дорог.

Сегодня в России имеется большой спектр оборудования для укладки бетонных дорог и оснований из бетона. Исторически первым на нашем рынке появилось и используется оборудование фирмы Dynapac. В настоящее время появились и другие торговые марки: это и HAMM, и несколько итальянских производителей, а также российские катки «Раскат» и САСТА (г. Сасово).

Мнение эксперта

Бетонные покрытия превосходят асфальтовые по прочности, износостойкости и долговечности, а также имеют целый ряд эксплуатационных и экологических преимуществ. Одна из основных причин непопулярности бетонных покрытий в дорожном строительстве, на мой взгляд, состоит в дефиците требующегося для таких покрытий качественного цемента, изготавливаемого на основе клинкера нормированного состава. У большинства российских цементных заводов нет соответствующего уровня автоматизации производства и непрерывного контроля качества клинкера, который зачастую имеет серьезные колебания по минералогическому составу, и, соответственно, не может являться клинкером нормированного состава. Нестабильность качественных характеристик клинкера и цемента – основной бич старых цементных заводов. И только ввод в эксплуатацию новых, полностью автоматизированных, с высоким уровнем контроля качества, цементных заводов (таких как Бабиновский цементный завод в Северо-Западном федеральном округе) позволит получать цемент для бетона дорожных покрытий требуемого качества.

Игорь Дунаев, технический директор ОАО «Цемент»
(заказчик строительства Бабиновского цементного завода), канд. техн. наук