ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЕРОФИБРОБЕТОНА

В послании президента Российской Федерации В.В. Путина к Федеральному собранию в 2018 году было сказано: «Мы серьезно обновили федеральные автомобильные трассы. Теперь нужно привести в порядок региональные и местные дороги. Чуть хуже дело обстоит с региональными. А местные - это вообще никуда не годится. Обращаюсь к руководителям регионов и городов: состояние дорог должно быть постоянно в центре вашего внимания. Нужно наращивать качество и объемы дорожного строительства, использовать для этого новые технологии и решения, инфраструктурную ипотеку, контракты жизненного цикла».

В связи с этим одной из актуальных задач дорожно-строительного комплекса Республики Татарстан является строительство сельских, муниципальных и внутрихозяйственных автомобильных дорог.

Для ликвидации бездорожья и удешевления строительства в разработанном СТО 4800-001-57253637-2011 «Проектирование сельских автомобильных дорог в Республике Татарстан» была предложена технология с использованием в покрытии дорог щебеночно-песчаной смеси (ЩПС), укладываемой на дренирующий слой из песка или ПГС.

Для сокращения транспортных и сырьевых расходов дорожники должны использовать местные инертные материалы. Но как показывает практика даже для дорог низших категорий местные материалы (щебень, ЩПС) не соответствуют требованиям по прочности и морозостойкости.

Поэтому ЩПС завозится в основном из Уральского региона железнодорожным транспортом - и это, конечно, не может не сказаться на стоимости работ.

Главным критерием использования ЩПС в покрытии - минимальное насыщение смеси влагой. При избытке воды в покрытии проявляется текучесть, уменьшается сцепление между элементами смеси, теряется жёсткость и прочность – дорога начинает «плыть». Такое покрытие лишь временно обеспечивает беспроблемный проезд, так как через некоторое время эксплуатации автомобильной дороге потребуется ремонт с устройством нового слоя ЩПС или укладка асфальтобетонного слоя.

В то же время некоторые дорожные организации устраивают дорожную одежду без устройства дренирующего слоя, тем самым нарушая водно-тепловой режим земляного полотна автомобильной дороги.

А это при осенне-весенней эксплуатации автомобильной дороги без устройства дренажного слоя в наших климатических условиях ведет к потери несущей способности грунта в земляном полотне с дальнейшим разрушением дорожного покрытия.

В качестве альтернативы ЩПС и асфальтобетону в последние время предлагается строить дороги из цементобетона. При строительстве цементобетонных дорог используется высокомарочный цемент, высокопрочный щебень и стальная арматура, кроме этого, необходимы комплексы для производства и укладки бетона. А если иметь ввиду, что цементобетон набирает 100% прочность в течении 28 суток, то покрытию необходим специальный уход до открытия движения, тем самым создаются проблемы на месте производства работ при организации объездных дорог.

Устройство дорог из сборных железобетонных плит, где в процессе их производства, кроме качественных материалов, необходимо еще для ускорения набора прочности бетона «пропаривать» плиты.

В последнее время появились предложения о использовании цементобетона для строительства сельских автодорог, подъездов к семейным фермам и животноводческим комплексам типа «экономвариант». Однако необходимо знать, что животноводческие комплексы и фермы не те объекты, где можно использовать эту технологию, так как воздействия агрессивной среды и нагрузки, оказываемые на бетон, чрезвычайно высоки.

Рядовые бетоны марок М200–М350, используемые на этих объектах, являются недостаточно прочными для долговечной эксплуатации в условиях сельского хозяйства. Такие бетоны имеют низкую водонепроницаемость, морозостойкость, а также стойкость ко всему тому, что в сельской местности присутствует в изобилии: к сульфатам, кислотам, аммиаку.

Кроме выше обозначенных технологий строительства дорог в сельской местности, предлагаем рассмотреть проект производства дорожных конструкций из серофибробетона.

Для транспортной доступности населения, обеспечивающие круглогодичное и надежное сообщение со всеми населенными пунктами, объектами хозяйственной деятельности необходимо строительство автомобильных дорог из сборных серобетонных дорожных плит, армированных хризотиловой фиброй.

Что же такое серобетон, и чем он отличается от цементобетона? Серобетон - композиционный материал, который отличается от обычного бетона тем, что вместо портландцемента и воды для его производства используют серу. Серобетон обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным бетоном:

Рисунок 1. Сравнительные характеристики бетонов

В качестве наполнителя в серобетоне могут использоваться недорогие материалы, такие как песчано-гравийная смесь (ПГС), отсевы дробления местных каменных карьеров. Материалом для производства серобетона могут быть крупные пыльные частицы высокопрочных каменных материалов из рукавных тканных фильтров асфальтобетонных заводов (АБЗ).

К эффективным наполнителям серобетона можно отнести, шлак и золу мусоросжигательного завода (МСЗ), перерабатывающего 550 тыс. тонн мусора в год, строительство которого планируется в Республике Татарстан. МСЗ должен обеспечить в значительных объемах производство серобетона шлаковыми фракциями и золой.

В качестве вяжущего в серобетоне используется жидкая сера. В Республике Татарстан добывается высокосернистая нефть, при переработки которой, вырабатывается значительное количество серы. Основным производителем серы сегодня является НПЗ «Танеко». Доставку жидкой серы с НПЗ на производство серобетона будет осуществляться автобитумовозами.

В связи с тем, что серобетон обладает хорошей прочностью на сжатие, но уступает по прочности на растяжение и изгиб, то для повышения этих характеристик требуется использовать хризотиловую фибру. Хризотиловая фибра, выступая в роли армирующего вещества, отличается повышенным модулем упругости и отвечает всем требованиям, предъявляемым к армирующим волокнам. Согласно исследованиям, содержание хризотила 0,5–1,5 % в бетоне увеличивает прочность при изгибе на 20–35 %, а при сжатии – на 10–11 %. Проведенные исследования позволили подтвердить положительную роль хризотилового волокна как армирующего элемента серофибробетона для повышения его трещиностойкости, модуля упругости и прочности при растяжении.

Серофибробетон обеспечивает надежную долговечную работу в условиях попеременного замораживания и оттаивания, агрессивного воздействия, в том числе со стороны применяемых противогололедных реагентов.

Серофибробетон экологически безопасен при соблюдении температурного режима производства – до 150 ⁰С. Экологическая безопасность производства и применения серобетона подтверждена заключениями Московского государственного университета инженерной экологии (МГУИЭ), Всероссийского научно- исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО).

Основной проблемой для производства серофибробетона является отсутствие необходимого оборудования в России. Такое оборудование производит совместная компания AGT GMBH (Германия) и Sell (Нидерланды) Завод по производству серофибробетона SCPP 10 производительностью 24 т/час, стоит ориентировочно 2.2 млн. евро.

Рисунок 2. Серобетонный завод SCPP 10

Стоимость завода значительная, и не многим дорожно-строительным организациям по силам его приобрести. Однако за такие же деньги дорожно-строительные фирмы РТ приобретали асфальтосмесительные установки (АСУ) немецкого производства. Но если учесть, что время работы этих АСУ ограничено климатическими условиями строительного сезона и составляет (при полной загрузке) максимум 4 месяца, то серобетонный завод SCPP 10 может выпускать изделия из серофибробетона круглогодично.

Поскольку при приготовлении серофибробетона используются компоненты местных производителей и отходов производств, то стоимость дорожных изделий будет значительно дешевле, чем из цементобетона. Высокое качество, низкая стоимость позволяют серофибробетону быть конкурентноспособными по отношению к строительным материалам на традиционных вяжущих материалах.

Хорошие прочностные характеристики с возможностью использования в любых средах и погодо-климатических условиях является необходимым фактором для устройства дорожных оснований и покрытий из серофибробетона на автомобильных дорогах всех категорий, улично-дорожной сети городов, населенных пунктов и внутрихозяйственных дорог.

Кроме дорожных плит на заводе могут изготавливаться различные изделия из серофибробетона для строительства и содержания автомобильных дорог.

Список литературы:

1. ПНСТ 105-2016 Предварительный национальный стандарт «Смеси серобетонные и серобетон. Технические условия»
2. ГОСТ Р 56249-2014 «Сера газовая техническая. Технические условия»
3. МРПЖД-2004 «Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91)», Росавтодор, Москва – 2004.
4. Ю.Э. Васильев. Перспективы применения серосодержащих композиционных материалов // Дороги. - 2013. Окт. - С. 96–98.
5. Е.А. Щеткова, Р. В. Севастьянов. Хризотил как оптимальный армирующий агент для фибробетонов // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, 2015. - № 2. - с. 174-191.