Анализ целесообразности строительства асфальтобетонных и цементобетонных автомобильных дорожных покрытий



В России, как и во всем мире, развитие дорожной сети давно приобрело важное стратегическое значение. Решение «дорожных» проблем несет в себе не только расширение самой сети магистралей посредством автодорожного строительства, но и поиск наиболее эффективных конструкций и материалов для создания дорожного полотна. Современные технологии и способы строительства автомобильных дорог в России основаны на двух альтернативных видах дорожного покрытия — асфальтобетонного и цементобетонного [1,48;2,34;3,111;4,37;5,73].

К сожалению, по качеству автомобильных дорожных покрытий и по состоянию дорожной сети в целом Россия занимает далеко не лидирующие места в общем рейтинге стран мира. А исходя из того, что состояние транспортных, в том числе и дорожных сетей государства напрямую отражает экономическое состояние страны, несложно понять, что этой проблеме важно уделяться должное внимание со стороны правительства.

Основная часть

Рис. 1. Схематичный разрез асфальтобетонного покрытия:

5 — мелкозернистый асфальтобетон;

7 — крупнозернистый асфальтобетон;

3 — слой щебня, гравия или грунта;

6 — слой щебня;

4 — морозозащитный слой из песка

Как уже было сказано ранее, на данный момент в Российской федерации технологии строительства покрытий автомобильных дорог основаны на использовании двух материалов: асфальтобетона и цементобетона [6,87;7,24;8,141;9,43;10,70].

Асфальтобетон — искусственный строительный материал, полученный в результате уплотнения рационально подобранной и специально приготовленной смеси, перемешанной в нагретом состоянии и состоящей из:

‒ Минеральных материалов: щебня (либо гравия), песка (природного или дробленного)

‒ Органического вяжущего материала- битума

На рисунке 1 представлен схематичный разрез асфальтобетонного покрытия на щебеночном основании.

Цементобетон — это рационально подобранный материал, полученный в результате перемешивания, укладки, уплотнения и последующего твердения смеси из щебня, песка, неорганического вяжущего (цемента), воды и добавок.

На рисунке 2 представлен схематичный разрез цементобетонного покрытия.

Рис. 2. Схематичный разрез цементобетонного покрытия

1 — цементный бетон;

2 — выравнивающий слой из песка, обработанного битумом;

3 — слой щебня, гравия или грунта, обработанного вяжущим материалом;

4 — морозозащитный слой из песка

Широкое распространение асфальтобетонного покрытия обусловлено выбранными методиками строительства дорог 60-ых года прошлого столетия. Причина этому проста: производство битума, который используется для изготовления асфальта, обходилось в то время очень дешево. С тех пор битум возрос в цене, поэтому в настоящее время выбор материала покрытия становится не таким уж очевидным и ясным. С асфальтобетоном теперь способен конкурировать как цементобетон, так и ряд других материалов [11,103;12,34;13,1682;14,210;15,110].

На западе число цементобетонных дорог составляет порядка 15–20 %, в то время как в России эту технологию применяют только для взлетно-посадочных полос аэродромов, хотя срок эксплуатации данного материала — 20–30 лет, против 5–7 лет (в России — 2–3 года) асфальтобетона.

По данным немецких исследователей за 2004 год, при сравнении одновременно построенных дорог с разными видами покрытий через 23 года эксплуатации ремонта требовали только 5 % дорог с цементобетонным покрытием, а с асфальтобетонным покрытием — 85–100 %. В США есть участки дорог, которые эксплуатируются без ремонта 72 года, в г. Крайнем (полигон Семипалатинска) — 60 лет. Кроме того, специалистами США разработаны нормы проектирования и технология строительства бетонных дорог на 120 лет без ремонта.

Цементобетонное покрытие устойчиво к деформации (образованию колейности и волнообразности) благодаря своей более высокой прочности. Это, в свою очередь, способствуют более низкому (на 15–20 % меньше) расходу топлива транспортными средствами. Этот фактор положителен и с точки зрения защиты окружающей среды от загрязняющих ее отходов автомобилей. Помимо экономии денежных средств, большое значение имеет экономия природных ресурсов, так как асфальт (битум) производится из переработанной нефти, запасы которой быстро иссякают. Бетон же изготавливается из более доступного человеку материала — известняка.

Движение по цементобетонному покрытию во время дождя или снегопада безопаснее, чем по асфальтобетонному. В дождливую погоду неровности и выбоины в асфальте наполняются водой, что создает дополнительную опасность аквапланирования. Зимой вода в выбоинах превращается в лед, что снижает коэффициент сцепления между резиновой покрышкой и дорогой. В то же время на гладком цементобетонном покрытии вода практически не скапливается.

В таблице 1 приведены коэффициенты трения скольжения между резиной, асфальтом и бетоном в сухом и влажном состояниях.

Таблица 1

Коэффициенты трения скольжения

Резина	Сухой асфальт	0,5–0,8
Резина	Влажный асфальт	0,25–0,75
Резина	Сухой бетон	0,6–0,85
Резина	Влажный бетон	0,45–0,75

Изучив табличные значения коэффициентов трения скольжения материалов, можно оценить управляемость автомобиля в разных погодных условиях. Если движение на автомобиле происходит в отсутствие дождя или снега, то покрышка имеет примерно равный коэффициент трения между асфальтом и бетоном. Но в случае изменения погодных условий коэффициент претерпевает значительное изменение, цементобетонное покрытие способно обеспечить более высокое сцепление с покрышкой, что, в свою очередь, снижает вероятность ДТП.

В настоящее время в Российской Федерации, по данным Росавтодора, общая протяжённость автомобильных дорог федерального и регионального значения — 505 тыс. км, из них цементобетонные дороги составляют лишь 1,5 % — около 8 тысяч километров.Для сравнения в Германии этот показатель — 31 %, в США — 35 %, Бельгия — 41 % [16,93;17,74].

Современное соотношение стоимости строительства дорог с цементобетонными и асфальтобетонными покрытиями не является стабильным, а постепенно изменяется в пользу цементобетона при увеличении цен на нефтепродукты и снижении уровня инфляции. Стоимость конструкций с покрытиями из цементобетона в настоящее время сопоставима со стоимостью конструкций с асфальтобетонными покрытиями. Так, например, стоимость 1 кв. м покрытия автомобильной дороги I технической категории (МКАД — Кашира) с цементобетонным покрытием составляет 1352,13 руб., а с асфальтобетонным покрытием — 1378,70 руб.

Для перенаправления технологий строительства дорожных покрытий в России есть практически все. Страна еще во времена советской власти создала колоссальное богатство: построены и функционируют сотни заводов по производству бетона и цемента, существуют карьеры песка и щебня практически во всех регионах. Посредством обширного партнерства России с остальными странами мира, можно активно перенимать опыт у других, более развитых в плане дорожного строительства стран.

Выводы

Сравнение характеристик и свойств двух типов дорожного покрытия показывает явную выгоду и целесообразность повсеместного использования цементобетона в дорожном строительстве.

Таким образом, можно прийти к выводу о том, что в России рационально строительство цементобетонных дорожных покрытий со сроком безремонтной эксплуатации намного превышающим срок эксплуатации асфальтобетона. Цементобетонные дорожные покрытия экологически более чистые и безопасные для участников дорожного движения. Кроме того, цементобетон экономичнее асфальтобетона по приведенным затратам на реальную долговечность.

Литература:

1. Войлоков И. А. Асфальтобетон или цементобетон? // «Еврострой» — № 64, — С. 48–50.
2. Лазарев Ю. Г. Транспортная инфраструктура (Автомобильные дороги). Монография — LAP LAMBERT, Германия: 2015. 173 с.
3. Ватин Н. И., Производство работ. Определение продолжительности строительства воднотранспортных сооружений/ Н. И. Ватин, Г. Я. Булатов, Т. Ф. Морозова, А. В. Улыбин// Учебное пособие: СПб, СПбПУ, 2013. 116 с.
4. Лазарев Ю. Г., Новик А. Н., и др., Изыскания и проектирование транспортных сооружений: Учебное пособие /Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, В. Г. Терентьев, С. А. Сидоров, С. А. Уколов, В. А. Трепалин / СПб.: ВАТТ, 2008. 392 с.
5. Ермошин Н. А. Эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие военно- автомобильных дорог: Учебник / Н. А. Ермошин, Ю. Г. Лазарев, С. В. Алексеев, В. Г. Лунев, Б. Г. Ашуркин, А. Н. Новик, В. А. Трепалин, Д. Л. Симонов, В. Т. Колесников/ СПб: ВАТТ, 2015. 312 с.
6. Лазарев Ю. Г., Строительство автомобильных дорог и аэродромов: Учебное пособие. / Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, С. В. Алексеев, Н. В. Ворончихин, А. Т. Змеев, С. А. Уколов, В. А. Трепалин, С. В. Дахин, В. Т. Колесников, Д. Л. Симонов // СПб.: ВАТТ. 2013. 528 с
7. Лазарев Ю. Г., Собко Г. И. Реконструкция автомобильных дорог: Учебное пособие. СПб. 2013. 93 с.
8. Лазарев Ю. Г., Обоснование деформационных характеристик укрепленных материалов дорожной одежды на участках построечных дорог. / Ю. Г. Лазарев, П. А. Петухов, Е. Н. Зарецкая/ Вестник гражданских инженеров. 2015. № 4 (51). С. 140–146.
9. Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико-технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
10. Рустенбек С. Д. Формирование базы данных для тестирования дорожных одежд/ С. Д. Рустенбек, Д. Ю. Кириллова, Ю. Г. Лазарев// Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. № 2–2. С. 68- 72.
11. Лазарев Ю. Г., Громов В. А. Современные требования к обеспечению потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог // В сборнике: Инновационные технологии в мостостроении и дорожной инфраструктуре. Материалы межвузовской научно- практической конференции. 2014. С. 102–109.
12. Ватин Н. И., Моделирование набора прочности бетона в программе ELCUT при прогреве монолитных конструкций проводом/ Н. И. Ватин, М. О. Дудин, Ю. Г. Барабанщиков// Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2 (54). C. 33–96.
13. Lazarev Yu.G., Research of processes of improving soil properties based on complex ash cement binder /. Yu.G. Lazarev, G. Sobko, M. Chakir // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vols. 584–586. Pp. 1681–1686.
14. Lazarev Yu.G., Effectiveness of Soil Reinforcement Based on Complex Ash-Cement Bonder Applied Mechanics and Materials / Yu.G. Lazarev, M. F. Chakir, E. N. Syhareva, Y. A. Ibraeva // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vols. 725–726. Pp. 208–213.
15. Лазарев Ю. Г., Громов В. А., Анализ условий создания предприятий и организаций производственной базы дорожного строительства. Вестник гражданских инженеров. 2014. № 1 (30). С. 109–111.
16. Лазарев Ю. Г., Синицына Е. Б. Основы совершенствования транспортной инфраструктуры /Ю. Г. Лазарев, Е. Б. Синицына// Технико-технологические проблемы сервиса — СПб: 2013. № 2 (24), С.92–93.
17. Лазарев Ю. Г., Синицына Е. Б. Современное состояние проблемы совершенствования транспортной инфраструктуры / Ю. Г. Лазарев, Е. Б. Синицына //Технико-технологические проблемы сервиса. — СПб.: 2013.№ 4(26), С. 71–74.