13.2. Виды покрытий

Эксплуатационные качества дорожных одежд – допускаемая скорость и удобство движения – определяются в основном покрытиями, которые могут быть разделены на следующие основные конструктивные типы.

1. Асфальтобетонные покрытия – наиболее совершенный тип дорожных покрытий. Их устраивают в один или два слоя на прочном основании. Распространенные еще несколько лет назад многослойные асфальтобетонные покрытия больше не строят.

Асфальтобетон представляет собой искусственный строительный материал, который получается при уплотнении в горячем состоянии смеси, состоящей из подобранного по крупности малопористого каменного остова – щебня или гравия и песка, связанных между собой смесью тонкого минерального порошка с битумом, вводимым в зависимости от состава асфальтобетонной смеси в количестве от 3,5 до 9%.

Различают асфальтобетоны крупнозернистые (фракции щебня до 40 мм), мелкозернистые (до 20 мм) и песчаные (из частиц не крупнее 5 мм). Особенностью асфальтобетонов является зависимость их свойств от температуры.

Асфальтобетон образует ровную, удобную для движения поверхность, смягчающую удары колес. Если для его приготовления применяют щебень твердых неполирующихся горных пород, он при износе сохраняет высокое значение коэффициента сцепления. Соответствующим подбором состава каменного остова можно получить материал, образующий дорожное покрытие повышенной шероховатости.

2. Цементобетонные покрытия обладают большой монолитностью и высоким сопротивлением нагрузкам. Их строят в виде отдельных плит размерами в плане 3-4 на 6-7 м при толщине от 18 до 24 см с заливкой бетоном на месте. Плиты отделяются друг от друга швами, необходимыми для компенсации изменений их длины при колебаниях температуры.

Свойства цементобетонных покрытий не меняются при колебаниях температуры в отличие от асфальтобетонных, прочность и жесткость которых снижаются в жаркую погоду. При правильном подборе состава бетонной смеси и соблюдении технологических правил строительства износ цементобетонных покрытий незначителен, и они более долговечны, чем другие виды дорожных покрытий.

Недостатком бетонных покрытий является наличие швов, через которые трудно предотвратить проникновение влаги в основание. После нескольких лет эксплуатации в результате обламывания кромок швов при переезде через швы начинают ощущаться толчки колес. Опыт эксплуатации бетонных покрытий при интенсивном движении тяжелых автомобилей показал, что, несмотря на высокую прочность самих бетонных плит, под них необходимы прочные основания. При непосредственной укладке бетона на грунт или на тонкую песчаную прослойку в грунте под плитами, упруго прогибающимися при проездах автомобилей, образуются полости. Плиты теряют контакт с грунтом, а затем в них появляются трещины. Поэтому на дорогах с высокой интенсивностью движения бетонные покрытия укладывают, на прочные основания из щебня или грунта, укрепленного цементом или битумом. Поверх оснований, укрепленных цементом, устраивают для снижения трения выравнивающий слой – тонкую прослойку из песка (3-5 см), обработанного органическими вяжущими.

Отмеченные недостатки, а также необходимость применения для цементобетона более качественных каменных материалов, чем для асфальтобетона, привели во всем мире в течение последних 15-20 лет к относительному уменьшению протяженности дорог с цементобетонными покрытиями по сравнению с дорогами, имеющими асфальтобетонные покрытия.

Неоднократно делались попытки строительства сборных бетонных покрытий. Бетонные плиты можно готовить на заводах заблаговременно при строгом соблюдении технологических правил и режимов ухода за бетоном. Строительные работы сводятся к монтажу покрытия на подготовленном основании и их можно выполнять в течение всего года, открывая движение немедленно после укладки. В конструкции бетонных плит для временных дорог можно предусматривать возможность их перекладки и повторного использования.

Современные конструкции сборных бетонных покрытий имеют крупные недостатки:

• низкие темпы укладки плит сборных покрытий;

• стыки сборных плит не обеспечивают передачи усилий и моментов с плиты на плиту;

• через швы происходит выжимание разжиженного песка и подстилающего грунта, которое можно предотвратить только прокладкой под плитами полос геотекстиля;

• трудно обеспечить ровность сборного покрытия, необходимую для движения с высокими скоростями, изоляцию стыков для предотвращения проникновения воды и избежать просадок плит в процессе эксплуатации;

• не решен вопрос о конструкции плит и их укладке на криволинейных участках дорог.

• большой расход арматуры в связи с необходимостью обеспечения прочности плит при монтаже и перевозке.

Основной областью использования сборных бетонных покрытий пока еще являются временные подъездные пути на строительных площадках и дороги на лесозаготовках, а также дороги промышленного значения в местностях, где отсутствуют каменные материалы. Бетонные плиты сборных покрытий вначале укладывают непосредственно на песчаный грунт земляного полотна, а через год после прекращения осадки насыпей перекладывают, устраивая под ними основание, укрепленное цементом, и омоноличивают, сваривая выпущенные петли арматуры.

3. Покрытия из щебня и гравия, обработанные органическими вяжущими материалами, хорошо сопротивляются разрушающему действию движения автомобилей благодаря прочному соединению каменных частиц, вводимым вяжущим. Такие одежды водостойки. Разные способы введения вяжущего в процессе строительства определяют различия в структуре получающихся покрытий.

Смешение на дороге осуществляют путем перемешивания автогрейдерами рассыпанного по дороге слоя щебня или гравия после поливки из гудронаторов жидким битумом, дегтем или эмульсией из расчета от 3 до 7% массы каменного материала в зависимости от содержания мелких частиц.

Пропитка – введение эмульсий или разогретых вязких битумов и дегтей в покрытие путем разлива по поверхности не полностью укатанного слоя щебня одинаковой крупности. Расход вяжущего примерно 1 л битума на 1 м² площади на 1 см глубины покрытия. После проникания битума в глубь россыпи поверхность покрытия засыпают мелким щебнем и уплотняют тяжелыми дорожными катками, вдавливающими его в поры между крупными щебенками. Устойчивость покрытий по типу пропитки обеспечивается главным образом заклинкой щебня, создаваемой в процессе укатки.

Недостатком этого типа покрытий является относительно большой расход вяжущих материалов. Вяжущее, просачивающееся по пустотам россыпи каменных материалов, не проникает в точки контакта между щебенками, где его действие было бы особенно эффективно, а образуют сгустки в этих пустотах.

Поверхностная обработка – тонкий защитный слой, создаваемый на поверхности дорожной одежды путем разлива 2,0-2,5 л/м² битума с последующей засыпкой очень мелким щебнем и прикаткой. В зависимости от количества разливов битума и засыпок щебнем различают одиночную и двойную поверхностные обработки.

Поверхностная обработка повышает сопротивление покрытия износу и делает его водонепроницаемым, в результате чего во влажные периоды года покрытие остается сухим и имеет повышенный модуль деформации. Обычно в запас прочности слой поверхностной обработки в расчетах толщины дорожных одежд не учитывают, так как при использовании щебня твердых пород увеличивается коэффициент сцепления и значительно повышается безопасность движения. Поверхностные обработки покрытий часто выполняют как мероприятие для повышения безопасности движения.

4. Щебеночные покрытия обладают малым сопротивлением износу при проезде автомобилей, так как касательные усилия, возникающие в зоне контакта пневматических шин с покрытием, нарушают эффект укатки. Поэтому как самостоятельный тип щебеночные покрытия применяют лишь при малой интенсивности движения.

Щебеночные покрытия и основания устраивают в несколько слоев из щебенок примерно одинаковых размеров. Прочность щебеночных покрытий обеспечивается заклинкой, создаваемой при укатке. При устройстве покрытия в поры поверхности основного слоя щебня крупностью 50-75 мм, прикатанного самоходными дорожными катками с поливкой водой для уменьшения трения между щебенками, заклинивают укаткой более мелкий щебень (клинец) размером 15-25 мм.

На последнем этапе строительства более мелкие поры, оставшиеся после укатки клинца, заклинивают каменной мелочью размером 5-15 мм. Щебеночные основания под усовершенствованные покрытия не расклинивают.

Решающим фактором в устойчивости щебеночных покрытий и оснований служит внутреннее трение между щебенками, а также связывающее действие каменной пыли, которая появляется при истирании щебенок во время укатки.

5. В покрытиях из естественного гравия или из искусственно подобранных по крупности гравийных смесей прочность обеспечивается подбором скелета по принципу оптимальной смеси, в которой поры между крупными частицами заполнены более мелкими частицами, и смесь обладает минимальной пористостью. Связность обеспечивается мелкими частицами пыли и глины, входящими в состав гравийного материала. В сырое время года прочность покрытий снижается.

Основания из гравия просты в строительстве и достаточно прочны и устойчивы, если в их составе не содержатся избытки мелкозернистых примесей, придающих смеси пластичность в периоды увлажнения.

По типу гравийных строят покрытия из местных малопрочных материалов и побочных продуктов промышленности (слабых известняков, доменных и топочных шлаков, болотной железной руды, отсортированных горелых сланцевых пород из отвалов каменноугольных шахт и др.).

6. Мостовые – покрытия и основания, устроенные из отдельных, установленных вплотную друг к другу естественных или искусственных камней.

Усовершенствованные мостовые, устраиваемые из брусчатки или клинкера, отличаются ровной поверхностью. Мостовые из грубого колотого или валунного камня (булыжные мостовые) иногда используют на дорогах II и III категорий как покрытия временного типа или как основания под более совершенные типы покрытий, а на дорогах более низких категорий – как самостоятельный тип покрытий. Близки к булыжным мостовым основания из пакеляжа – камней, укладываемых большим основанием (постелью) вниз. Заполнение и расклинивание щебнем промежутков между камнями создает относительно монолитное основание.

Крупнейшим недостатком булыжных мостовых и пакеляжных оснований является необходимость их укладки (мощения) вручную, дорогостоящей и не соответствующей современным требованиям механизированного скоростного строительства. Поэтому строительство мостовых на дорогах практически прекращено.

7. Дорожные покрытия и основания из укрепленных грунтов имеют большие перспективы развития из-за отсутствия во многих районах страны естественных каменных материалов. Грунты, обработанные цементом, приобретают прочность и устойчивость против воздействия влажности, что позволяет использовать их как материал для конструктивных слоев дорожных одежд. Основания из цементогрунта давно уже находят широкое применение. Построенные в опытном порядке покрытия из цементогрунта с поверхностной обработкой достаточно успешно работают на дорогах с малой интенсивностью движения.

8. Одежды из местных грунтов, улучшенных добавками песка, гравия и других зернистых материалов, применяют на дорогах низших категорий. Введение в глинистые грунты скелетных добавок увеличивает сопротивление внешним нагрузкам при увлажнении. Придание связности пескам достигается введением суглинка или глины. Естественные грунтовые дороги по существу не имеют дорожной одежды. Материалом проезжей части служат поверхностные слои земляного полотна, уплотненные проездом. При связных грунтах эти дороги могут обеспечить лишь движение небольшой интенсивности в сухое время года. Интенсивное движение по грунтовым дорогам в летнее время затрудняется образованием пыли. В дождливые периоды грунтовые дороги становятся скользкими. Сцепление шин с поверхностью дороги резко снижается, и колеса автомобилей буксуют. При большом увлажнении дороги образуются глубокие колеи.