Выявлены проблемы эффективной эксплуатации покрытий участков автомобильных дорог цементобетонным покрытием. Произведена систематизация и анализ современных технических решений по переустройству цементобетонных покрытий в асфальтобетонные покрытия. Обобщен основной опыт использования старого цементобетонного покрытия в новой конструкции дорожной одежды. Выявлено положительное влияние применения технологии виброрезонансной деструктуризации цементобетонных покрытий на срок службы обновленной конструкции дорожной одежды.

Ключевые слова: цементобетонное покрытие, дорожная одежда, отраженные трещины, деструктуризация, виброрезонанс.

Цементобетонные покрытия долговечны, но после 25–30 лет службы наступает момент, когда они требуют ремонта. При этом зачастую цементобетонная плита остается, в основном, монолитной и поэтому конструкция дорожной одежды сохраняет несущую способность, но состояние поверхности покрытия является неудовлетворительным для скоростного движения автомобильного транспорта: имеются уступы в швах, отколы углов и краев плит, отдельные трещины, засорение и повреждение в швах, и шелушение бетона с выкрашиванием на глубину несколько сантиметров. Простейший способ вернуть покрытию утраченную ровность — усилить его слоем асфальтобетона. Однако при этом возникает ряд проблем и такой слой усиления может оказаться недолговечным, например, служить 2–4 года.

Есть два принципиально отличающихся способа усиления жестких дорожных одежд асфальтобетоном:

— устройство слоя усиления из асфальтобетонной смеси поверх старого цементобетонного покрытия без нарушения его сплошности

— устройство слоя усиления из асфальтобетонной смеси после предварительного деструктурирования старого цементобетонного покрытия различными методами и уплотнения полученного материала основания.

Возможность сохранить монолитный цементобетон сплошным очень привлекательна. Цементобетонная плита хорошо распределяет приложенное к ней давление колеса на подстилающие слои и грунт земляного полотна. Однако швы и трещины старого цементобетонного основания через некоторое время копируются («отражаются») на поверхности нового асфальтобетонного покрытия (рис. 1). Вскоре под влиянием воды, мороза и движения транспортных средств отраженные трещины на асфальтобетонном покрытии прогрессируют и служат причиной его быстрого разрушения.

Рис. 1

Одним из путей повышения устойчивости покрытия к образованию отраженных трещин является устройство между асфальтобетонным покрытием и цементобетонным основанием трещинопрерывающей прослойки из слоя не укрепленного вяжущим щебеночного материала. На асфальтобетонном покрытии, уложенном на традиционном основании из щебня, отраженных трещин нет. Через некоторое время в нем возникают поперечные трещины, вызванные его циклическим охлаждением при колебаниях температуры, но они появляются с большим шагом 30–60 м, а затем расстояние между ними постепенно уменьшается. Поскольку в асфальтобетоне на щебеночном основании нет отраженных трещин, естественно задуматься над тем, что разбив цементобетон с размером порядка крупного щебня, можно после усиления такого основания не опасаться отражения трещин.

Анализ литературы [5–8] позволяет разделить известные технологии деструктурирования старых цементобетонных покрытий в зависимости от соотношения размера в плане отдельностей, на которые расчленена плита, к ее толщине на две группы:

1. Фрагментирование: l/h> 1, размер в плане больше толщины бетонной отдельности;
2. «Щебневание»: l/h< 1, размер большинства отдельностей в плане не превышает толщины плиты.

Исторически технологии фрагментирования появились первыми в 1970-х — 1980-х годах. Вначале разрезали плиты старого покрытия алмазными фрезами, но вскоре перешли к установкам ударного действия. Для фрагментации плит старого цементобетонного покрытия применяют кран с падающим грузом и несколько видов специально спроектированного оборудования.

Технологии этой группы (фрагментирование) дают слишком большие фрагменты и поэтому не устраняют отражение трещин, хотя и несколько отдаляют момент их появления на асфальтобетонном покрытии, обычно на 3 года или немного больше, в зависимости от толщины слоев усиления [8]. Кроме того, они дают менее однородное бетонное основание, чем методы второй группы — больше разброс значений эффективного модуля материала основания.

Технологии «щебневания» появились в конце 1980-х — начале 1990-х и в настоящее время доминируют. Наиболее распространенной технологией данной группы является — виброрезонансная деструктуризация цементобетонных покрытий.

Данная технология основана на создании трещин за счет вибрационного резонанса при совпадении частот приложенной сравнительно небольшой нагрузки и собственных колебаний плиты рабочего органа машины (нагрузка до 9 кН при частоте 42–46 Гц и амплитуде 1,25–2,5 см). Разрушение плиты резонансным методом происходит от растяжения при ее повторном изгибе выпуклостью вниз — вверх, а не при одностороннем изгибе вниз, как при относительно редких, но сильных ударах иных установок. Поэтому характер разрушения бетона иной (рис. 2). В центральной и нижней зоне плиты образуются трещины, наклоненные под углом 35–45° к вертикали, а в верхней части частицы напоминают крупный щебень. Напряженное состояние в верхней и нижней зонах плиты отличается, поскольку внизу плита встречает сопротивление со стороны расположенного под ней основания. Поэтому характер разрушения вверху и внизу различный. В верхней зоне разрушенного бетонного покрытия большинство зерен имеют размер от 25 до 100 мм, а в нижней зоне — до 200 мм.

Рис. 2

Нагрузку прикладывают в процессе движения установки в точках, расположенных на расстоянии не менее 5 см друг от друга. При частоте 45 Гц это означает, что за 1 секунду установка проходит не больше 225 см, т. е. ее максимальная рабочая скорость 8 км/ч. Установка RB-500 (рис. 3), наиболее распространенная при применении данной технологии, имеет массу от 27 до 32 т и нагрузка на колеса с пневматическими шинами достигает 89 кН. Установка использовалась для щебневания цементобетонных покрытий толщиной до 60 см. Она может быть применена и для армированных покрытий, поскольку бетон отделяется от арматуры.

Рис. 3

Последовательность операций при виброрезонансной деструктуризации цементобетона установкой RB-500:

— Устраивают прикромочный дренаж не менее чем за 2 недели до деструктуризации с целью уменьшения влажности грунта;

— Удаляют асфальтобетон с поверхности цементобетонного покрытия, если он остался от предыдущего ремонта, чтобы нагрузочная головка имела контакт непосредственно с бетоном;

— На всю толщину покрытия прорезают позы, отделяющие разрушаемую часть бетона от оставляемой, чтобы не повредить остающуюся часть покрытия;

— Производят работы по деструктуризации цементобетона установкой RB-500;

— Отрезают и удаляют стальную арматуру, если необходимо;

— Уплотняют гладковальцовым виброкатком (2–4 прохода);

— Укатывают пневмокатком (2 прохода);

— Укладывают асфальтобетонные слои усиления.

В настоящее время, метод виброрезонансной деструктуризации представляется наиболее интересным и перспективным. Стоимость применения данной технологии и последующего усиления асфальтобетоном составляет примерно одну треть от стоимости реконструкции, включающей полное удаление старого цементобетона [8]. Метод также позволяет также сохранить сцепление между зернами, обеспечивает возможность изменять прилагаемую нагрузку, частоту, что дает больше возможностей влиять на структуру разрушаемого бетона.

Литература:

1. ОДМ 218.3.060–2015 Методические рекомендации по ремонту дорожных одежд, состоящих из цементобетонных покрытий, перекрытых асфальтобетонными слоями, на автомобильных дорогах общего пользования;
2. СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги»;
3. Радовский Б. С., В. В. Мозговой (1986), Температурные напряжения в асфальтобетонном покрытии, лежащим на основании с трещинами либо швами;
4. Методические рекомендации по ремонту цементобетонных покрытий автомобильных дорог методом виброрезонансного разрушения (2007) Росавтодор, М;
5. Мозговой В. В., А. Е. Мерзликин и др. (2007) Прогрессивные технологии капитального ремонта дорожных одежд. Дорожная техника и технологии
6. Земляков А. Н. (2007) Использование асфальтобетона при реконструкции цементобетонных покрытий. Международная научно-практическая Интернет -конференция «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечениебезопасности движения», БГТУ им. В. Г. Шухова, Белгород (2007).
7. Freeman T. E. (2002) Final Report — Evaluation of Concrete Slab Fracturing Techniques in Mitigating Reflective Cracking Through Asphalt Overlays. VTRC 03‑R3, Charlottesville, Virginia;
8. Thompson M. R. (2006) Rubblizatgion using multy-head breaker. Transportation Research Circular: Rubblization of Portland Cement Concrete, TRB