Товароведная оценка строительных материалов для мощения дорог

1.  Введение

Строительство гражданское - основной и самый древний вид строительства. В наши дни инженер-строитель занимается планированием, проектированием, расчетом, строительством, ремонтом и реконструкцией всех объектов, составляющих основу современной жизни. К ним относятся мосты, шоссейные дороги, железные дороги и вокзалы, скоростные системы городского транспорта, тоннели, аэропорты, промышленные предприятия, жилые дома и административные здания, гостиницы, гаражи, монументы, плотины, причалы, каналы, водные пути, ирригационные системы, водоводы и установки для обработки воды, системы переработки мусора, промышленных и коммунальных сточных вод, берегоукрепительные сооружения, ракетные шахты и стартовые столы, линии электропередачи, космические станции и т.д.

На первом этапе  проектирования (эскизный проект) всякого  строительства принимаются принципиальные решения о местоположении сооружаемого объекта, его масштабах, устройстве, предполагаемом сроке службы, функциональных возможностях (например, о пропускной способности железнодорожного вокзала или дороги) и об общем методе строительства. На этом этапе гражданский инженер должен работать в сотрудничестве с архитектором, предполагаемой эксплуатирующей организацией и с местными властями. После этого начинается работа над техническим проектом. Сначала анализируются нагрузки (т.е. силы), действующие на сооружение: ветровые, статические (такие, как вес частей строительной конструкции), динамические и подвижные (вес поездов или автомобилей), снеговые, дождевые или гололедные, сейсмические и тепловые (связанные с изменениями температуры). Затем проектируются элементы конструкции, такие, как балки, колонны, перемычки, перекрытия и оболочки, а также их соединения. Система должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать максимально возможные нагрузки, и достаточно жесткой, чтобы не возникало чрезмерных деформаций и вибрации. Для уменьшения вибраций могут потребоваться специальные амортизирующие устройства. Соответствующим образом выбираются строительные материалы. Окончательная конструкция должна быть долговечной и коррозионностойкой. Для этого применяются лакокрасочные покрытия и разные виды поверхностной обработки

Расчет элементов  конструкции на прочность, жесткость  и устойчивость проводится на основе принципов строительной механики, одни из которых установлены еще в древности, а другие пока не сформировались окончательно. Такие расчеты требуют сложных выкладок, и здесь на помощь современному инженеру приходят компьютерные программы, охватывающие многие типовые задачи.

Инженер должен уметь правильно подобрать материалы  для сооружаемого объекта. С давних пор применяются такие материалы, как камень, кирпич, сталь, бетон, к  которым позднее добавился и  железобетон. В наше время все  шире применяются новые материалы: пластмассы для куполов и композиционные материалы, например легкие пластики, армированные тонкими металлическими и другими волокнами. Адаптивные, или «интеллектуальные», строительные конструкции по сигналам датчиков деформаций автоматически подстраиваются к изменяющимся нагрузкам.

ДОРОЖНОЕ  СТРОИТЕЛЬСТВО - отрасль строительства, занимающаяся проектированием, строительством, ремонтом и техническим обслуживанием автомобильных шоссейных дорог, подъездных дорог и городских улиц. В это понятие, как правило, входят управление, организация работ и надзор за состоянием дорог, оборудованием и техническими средствами, необходимыми для дорожно-строительных работ. Под автомобильной дорогой понимается высококачественная дорога большой протяженности и высокой пропускной способности. Улицы и подъездные дороги – это дороги местного значения, обеспечивающие подъезд к автомобильным дорогам.

Автомобильные дороги. Автомобильная дорога для транспорта прямого сообщения по непрерывному маршруту называется автомагистралью. Кольцевая автодорога ведет транспорт вокруг городской зоны. Объездная автодорога дает возможность транспорту полностью либо частично объезжать городскую или промышленную зону. Скоростные автомагистрали, или автострады, имеют раздельные проезжие части одностороннего движения. В важнейших пересечениях на них предусматриваются транспортные развязки в разных уровнях. Доступ на скоростную автомагистраль частично или полностью контролируется. Парковая дорога – это шоссейная дорога для некоммерческого транспорта (обычно в парке или узкой зеленой зоне) с полным или частичным контролем доступа. Радиальная автодорога обслуживает городской центр. На сквозной автостраде транзитный транспорт имеет преимущественное право проезда, даже в местах въезда. За проезд автотранспорта по платным дорогам, мостам и тоннелям взимается установленная плата.

В США важнейшие  автомагистрали соединены в федеральную  систему автомобильных дорог. Она  состоит из автострад без развязок в одном уровне, с частичным или полным контролем доступа, и связывает все крупнейшие городские зоны страны. В начале 1990-х годов ее полная протяженность составляла 73 000 км (длина земного экватора составляет ок. 40 000 км). Такие же системы автомагистралей имеются во многих других странах («автобаны» в Германии, «аутострада дель Соле» в Италии).

2.  Факторы, формирующие рынок строительных

материалов  для мощения дорог

Устройство  автодороги. У автомобильной шоссейной дороги имеются земляное полотно, основание, одно или несколько покрытий проезжей части (дорожная одежда), обочины, мосты, дренажные устройства и средства регулирования дорожного движения.

Основание (с  подстилающим покрытием) выполняется  из строительного грунта и передает нагрузки от проходящих автомобилей в рассредоточенном виде на земляное полотно. Покрытия проезжей части дорожного полотна могут состоять из асфальтобетона, щебня, щебня с битумной пропиткой, бетона на портландцементе, гравия или пропитанного грунта. Обочина обеспечивает боковую поддержку дорожной одежды. Обочины предусматриваются с правой стороны первой полосы движения в каждом направлении. Они служат также для остановки в экстренных случаях.

Мосты и путепроводы  дают возможность автотранспорту проезжать  над препятствиями, встречающимися на пути, – водными пространствами, поперечными автодорогами, железными дорогами и пр.

Дренаж необходим  для отвода ливневых потоков и  вешних вод. Под дорожной одеждой  в подходящих местах прокладывают водопропускные трубы, и вода по канавам или трубам отводится в места водостока.

Средства регулирования  движения обеспечивают безопасность и  упорядоченность движения. К таким  средствам относятся указатели  и дорожные знаки, линии разметки, наносимые на проезжую часть, светофоры, транспортные развязки при пересечении автомобильных дорог в разных уровнях и переезды при пересечении с железной дорогой в одном уровне.

Виды  дорожной одежды. Дорожную одежду разной долговечности на разную допустимую нагрузку можно получить, комбинируя различные дорожно-строительные материалы. Самое важное для долговечности хорошей дорожной одежды – дренаж и уплотнение ее нижних слоев. Вода в дорожной постели способствует оседанию и боковому сползанию, а также может вызывать вспучивание из-за замерзания или расширения некоторых видов глин. Инженер-дорожник знает, какие материалы легче дренируются и какая система дренажей экономичнее. Иногда при дорожном строительстве приходится на значительную глубину вынимать природный грунт и заменять его гранулированным материалом заводского приготовления. Все взрыхленные и внесенные дорожно-строительные материалы должны уплотняться тонкими слоями. Для этого применяются тяжелые стальные катки с небольшими зубцами, передвигаемые тракторами. Существуют также виброкатки. Особенно тщательного уплотнения требуют береговые устои мостов и места подземных переходов коммуникаций.

Грунтовые дороги. Самую простую дорогу можно построить, сгладив неровности природного грунта и придав дорожному полотну требуемый профиль. Достаточно срезать бугры, заполнить ложбины и выкопать дренажные кюветы по бокам, чтобы получить хорошую, дешевую дорогу для не очень интенсивного движения. Однако грунтовые дороги становятся труднопроходимыми из-за грязи в дождливую погоду и из-за пыли – в сухую.

Гравийные дороги. Несколько более долговечны дорожные покрытия из гравия, к которому в качестве вяжущего добавлен грунт определенного качества. Для повышения водонепроницаемости и прочности дорожного покрытия гравий пропитывают битумом. Этим можно существенно увеличить долговечность дорог с небольшой нагрузкой, если своевременно заделывать выбоины. Покрывать битумом можно также грунтовые и щебневые дороги.

Стабилизированный грунт. Дорожное покрытие, довольно стойкое к сезонным изменениям влажности и температуры, можно получить, добавив песка к глине или глины к песку либо применив другую комбинацию местных грунтов. Портландцемент, тщательно смешанный с некоторыми видами грунта, дает покрытие, вполне подходящее для умеренно нагруженных дорог. При подготовке материала для грунтоцементного покрытия грунт полностью размельчают, а затем тщательно смешивают на месте с 6–10% цемента на глубину 10 см и более. Дорожному полотну придают нужную форму и уплотняют его укаткой. На поверхность тонким слоем наносят битум, чтобы предотвратить высыхание до схватывания цемента. В некоторых местах поверхность дороги можно экономично укрепить с помощью битума, тщательно смешав его с имеющимся грунтом на глубину 10–25 см. Цементно-грунтовой и битумно-грунтовой слои превосходны в качестве основания и подстилающего слоя дорожной одежды. Поскольку поверхность повреждается в основном быстро движущимися автомобилями, для экономии имеет смысл защитить ее слоем износа.

Макадам. Макадам, дорожное покрытие, названное по имени его изобретателя, английского инженера Дж.Макадама (1756–1836), – это несколько слоев крепкого щебня, тщательно уплотненного тяжелым катком и соединенного в сплошную массу очень мелким щебнем, укатанным сверху. В результате получается весьма прочный слой. При укатке его поливают водой, что еще больше повышает прочность покрытия.

В США под  макадамом чаще понимают дорожное покрытие с битумной пропиткой. Здесь имеются  сотни километров автодорог с  битумно-щебеночным покрытием, особенно в Новой Англии, где в изобилии имеются крепкие породы. Такая  дорожная одежда должна состоять не менее чем из двух слоев на жестком основании. Толщина каждого слоя должна быть ненамного больше максимального размера щебня, чтобы крупные куски щебня вклинивались между более мелкими, повышая прочность слоя. Слои могут быть толщиной 4–10 см, а битума расходуется 5–15 л/м².

Щебень каждого  слоя равномерно укладывается машиной  и укатывается. Затем битумораспределительная  машина заливает его разогретым битумом. Поверх насыпают мелкий щебень и укатывают  его по горячему материалу. Точно так же укладывают второй слой, следя за тем, чтобы получалась гладкая поверхность.

Асфальтовые дороги. Современное гладкое асфальтовое дорожное покрытие (шит-асфальт) состоит из тщательно подобранного по гранулометрическому составу песка, каменной (бутовой) муки и асфальта. Материалы смешиваются смесительной установкой при температуре ок. 175° С, при которой асфальт находится в расплавленном состоянии, смесь доставляется на место, наносится специальной машиной на дорожное полотно и укатывается в горячем состоянии.

Асфальтобетонное  покрытие состоит из слоев толщиной 5–7,5 см смеси (приготовленной при температуре  около 175° С) взятых в нужной пропорции щебня разных размеров, песка, каменной муки и расплавленного асфальта в качестве вяжущего. Асфальтобетон и гладкий шит-асфальт укладываются на основание из макадама или портландцементного бетона, рассчитанное на соответствующие дорожные нагрузки. Высококачественное асфальтовое покрытие выполняется на надежном основании с подстилающим слоем из классифицированного материала или макадама и 2–5 слоями асфальта. В нижних слоях щебень крупнее, что повышает прочность покрытия и дает экономию, а в верхних – мельче, благодаря чему обеспечивается водонепроницаемость и износостойкость поверхности. Однако дорожная поверхность должна быть в какой-то мере шероховатой во избежание пробуксовки шин и для облегчения вытеснения воды протектором. Полная толщина дорожного покрытия зависит от несущей способности грунта и от предполагаемой транспортной нагрузки.

Асфальт можно  смешивать с насыпанным на дорожное полотно щебнем непосредственно на месте строительства, а затем разравнивать и укатывать. Но более предпочтительно использовать горячие смеси заводского изготовления, в которых точно выдержаны пропорции ингредиентов. На заводе щебень сушится и нагревается во вращающейся печи, а затем к нему добавляется отдельно разогретый асфальт, и все эти элементы перемешивается. Для приготовления высококачественных покрытий желательны температуры не ниже 165° С. Горячая заводская смесь быстро доставляется на место, ровным слоем укладывается на дорожное полотно, а затем уплотняется вибрацией и укаткой.

Портландцементное покрытие. Основание и слой износа такого покрытия обычно объединяются в один слой, который укладывается за одну операцию. Будучи уложен на правильно подготовленный подстилающий слой, портландцементный бетон дает превосходную дорожную поверхность. Высокая износоустойчивость и прочность покрытия достигается, когда 1 часть цемента берется на 2 части песка и 3–4 части гравия или щебня. Если использовать портландцементный бетон в качестве основания для асфальтобетона, то можно взять больше песка и крупного наполнителя, но меньше цемента, и тем самым снизить стоимость дорожной одежды.

Толщина бетонного  покрытия автодорог и улиц может  составлять 20–25 см, тогда как на взлетно-посадочных полосах аэродромов с большими нагрузками она нередко достигает 35 см. По краям дорожного полотна покрытие на ширине 0,6–1,2 м делается на 7,5–10 см более толстым для повышения прочности дороги при минимальных общих затратах. Бетон укладывается на полную толщину за одну операцию. Если же применяется армирующая проволочная сетка, то сначала укладывают 5-см слой бетона, а затем, проложив сетку, заполняют опалубку до конца. При строительстве дороги укладку бетона ведут на ширину 6–9 м, соответствующую двум полосам движения. Посередине этой ширины обычно предусматривают температурно-усадочный шов, так как иначе здесь возникает меандровая трещина.

Бетон для мощения  может быть замешен на заводе и  доставлен на место влажным; в других случаях смесь составляется на заводе, а замешивается по пути или на месте автобетоносмесителем. Для получения высококачественных покрытий тщательно контролируются влагосодержание наполнителя и доля каждого компонента смеси.

Грунтовое или гранулированное основание под бетонное покрытие точно профилируется, а затем устанавливается стальная опалубка необходимой глубины в виде жестких кромок проезжей части, которую предстоит бетонировать. Бетон наносится на основание и разравнивается машиной. Бетонораспределительная машина перемещается по опалубке, как по рельсам. За ней следует финишер с вибраторами, уплотняющими бетон, и катками, выравнивающими его поверхность. Поверхность проверяется вручную поверочной линейкой и при необходимости подправляется. В заключение она отделывается протаскиванием по ней специальной ленты или мешковины для придания шероховатости. Чтобы в течение хотя бы недели, до схватывания бетона, поверхность не высыхала, ее покрывают составом, предотвращающим испарение, либо накрывают мешковиной, которую регулярно увлажняют.

Современная техника. Автодороги и мосты необходимо ремонтировать или реконструировать по мере надобности. Срок службы автодорог составляет 20–30 лет, мостов – от 50 до 100 лет.

Современная техника  позволяет более эффективно управлять автодорогами, планировать и проектировать их, строить и эксплуатировать. Важное значение приобрели компьютерные системы автоматизированного проектирования, а также компьютерные системы обработки данных, применяемые во всех сферах строительства и эксплуатации автодорог.

Такие достижения современной техники, как инфракрасная термография и грунтопроникающая  радиолокация, дают возможность выявлять структурные и физические дефекты  автодорог и мостов.

Все более важную роль в регулировании движения по автодорогам начинает играть электроника. Так, ведутся разработки электронных систем управления автомобилем с картой на приборной доске и речевой сигнализацией и систем автоматизированного регулирования дорожного движения в центральных городских районах.

3.   Классификация ассортимента строительных

материалов

КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Понятие конструкционных и строительных материалов охватывает множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, транспортных средств, а также бесчисленных других сооружений, машин и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими механическими свойствами. Например, для изготовления современного автомобиля необходимы легированные стали, а металлический самолет стал реальностью лишь с появлением технологичных и прочных алюминиевых сплавов. Для гидроэлектростанций необходимы те сорта бетона и цемента, из которых можно построить долговечные плотины. Современные высотные здания выглядели бы по-другому, если бы не было стеклянных материалов.

Историю культуры часто делят на каменный, бронзовый  и железный века – по тем материалам, из которых изготавливались орудия труда и оружие. В наши дни в распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали и сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, стекло и полимеры. Разработка и применение таких материалов – профессиональное занятие инженера-технолога и инженера-конструктора.

Дорожный  клинкер. Это кирпич пластического формования из сланцев, сланцевой и неочищенной огнеупорной глин. Для увеличения плотности подвергается вакуумной сушке. Спекается обжигом при высокой температуре. Дорожный клинкер – твердый, жесткий, не поглощает влаги, применяется для дорожного покрытия.

Асфальтовое вяжущее. Асфальтовое вяжущее – это смесь 13–60% нефтяного битума с известняковым порошком. Применяется в смеси с песком, гравием, щебнем для устройства полов, тротуаров, покрытий и как гидроизоляционный материал. Является составной частью асфальтобетона.

Разбавленные  асфальты. Разбавленные асфальты получают смешиванием асфальтового вяжущего с нефтяным дистиллятом, таким, как нафта, керосин и легкое дистиллятное топливо. В результате вяжущее разжижается, что облегчает его нанесение на дорожное полотно в холодном или слегка подогретом виде. После нанесения разбавленного асфальта на дорожный заполнитель избыток дистиллята теряется. Точно так же разбавляется гудрон.

Битумные  эмульсии. Битумные эмульсии получаются интенсивным перемешиванием битума или гудрона с водой (обычно в присутствии эмульгатора) в коллоидной мельнице. Применяются в дорожном строительстве для ремонта покрытий, нанесения поверхностного слоя износа, для пропитки щебеночного основания.

Асфальтобетон. Асфальтобетон состоит из битумного связующего (асфальтового или гудронного), мелкого минерального заполнителя (такого, как песок) и крупного заполнителя, такого, как щебень, шлак или гравий. Широко применяется для дорожных покрытий высокого класса, причем пригоден для подстилающего, промежуточного и поверхностного слоев. Обычно горячая смесь готовится на смесительном заводе и затем специальной машиной наносится на полотно дороги. На строительстве местных дорог часто применяется дорожная смесь из местных заполнителей с холодными или слегка подогретыми битумными материалами – гудроном, разбавленным асфальтом, медленно затвердевающим битумом, битумной эмульсией. Смешивание производится на месте.

Асфальтобетон гидратационного  твердения  
и способы его приготовления

В условиях рынка, когда  значительно возросли грузоперевозки автомобильным транспортом, особенно большегрузным, дороги разрушаются, не дослужив до нормативного срока. Разрушающим  фактором является асфальтобетонное покрытие.

Как известно, в асфальтобетоне (ГОСТ 9128-97) битум является основным связующим веществом. В процессе службы дорожного покрытия, под влиянием воздействия на материал света, ультрафиолетовых лучей, кислорода воздуха и воды происходит старение битума. По мере старения битума понижается его когезия, адгезия и пластичность. Деформативная способность асфальтобетона падает, трещинообразование возрастает. Следовательно, старение асфальтобетона состоит в основном в понижении деформативной способности.

Вследствие длительного  приложения динамических нагрузок, взаимное перемещение частиц приводит к тому, что минеральная часть асфальтобетона подвергается дезинтеграции. Минеральный  скелет, измельченный истиранием до порошка, впитывает достаточное количество воды, а в процессе замерзания увеличивается в объеме (на 9.182%) и разрушает структуру асфальтобетонного покрытия.

Способы повышения  долговечности асфальтобетонного  покрытия:

Уникальность изобретения  заключается в том, что асфальтобетон обладает свойством твердеть в эксплуатационный период дорожного покрытия, при этом прочностные показатели через определенное время превышают Гостированного в несколько раз.

В асфальтобетоне гидратационного  твердения за счет химических веществ, вводимых в смесь в качестве активизатора твердения, процесс старения битумов затормаживается.

Минеральный порошок  с химическим веществом, содержащие многовалентные катионы не только снижают  с поверхности битума потенциал  отрицательного знака, но и перезаряжают, в результате сорбционный процесс в системе "минерал - битум" активизируется.

В асфальтобетоне гидратационного  твердения химические вещества смягчают поверхности минерального материала, в результате за счет молекулярных сил битума и минерального вяжущего вещества повышается адгезионный контакт, улучшаются условия их перемешивания, подвижность при укладке, открывается возможность использования влажных минеральных материалов.

Асфальтобетон на битумноминеральном вяжущем веществе имеет плотную  структуру с замкнутыми порами. Присутствие в микропорах химических веществ понижает температуру замерзания жидкой фазы, в результате значительно повышается морозостойкость асфальтобетона.

Асфальтобетонное покрытие, твердеющее во времени, по физико-механическим показателям позволяет из нежесткого типа перевести в полужесткий.

Организация производства:

Асфальтобетонную смесь  гидратационного твердения можно  производить на отечественных и  зарубежных типах смесителей.

Результаты  апробации:

На асфальтобетон гидратационного  твердения и способ его приготовления получен патент РФ.

Разработаны региональные технические условия "Асфальтобетон  гидратационного твердения".

Составлен расчет экономической  эффективности.

Нефтяной  асфальт для холодной укладки. Существует ряд смесей для дорожных покрытий на основе нефтяного асфальта, рассчитанных на укладку в холодном виде. Одна из них такова: порошкообразный твердый асфальт смешивается с жидким остаточным нефтепродуктом и заполнителем. Смесь длительное время остается неоднородной. Но при уплотнении частицы асфальта и жидкость взаимодействуют, и образуется асфальтовое связующее, которым скрепляются зерна заполнителя.

Природный асфальт. Это песчаник или известняк, от природы пропитанный битумом. Он перерабатывается для достижения содержания битума, необходимого для дорожных работ, укладки тротуаров и строительства теннисных кортов. Укладывается в холодном виде и укатывается до окончательной формы.

Тротуарная  плитка

Высокие эксплуатационные и эстетические показатели тротуарной плитки достигаются сложным составом смеси, из которой она изготавливается. При производстве цветной плитки в смесь вносится краситель. Результаты ее испытания на прочность, морозостойкость, истираемость и влагопоглощение подтверждены сертификатом качества.

В настоящее время  предприятие производит различные  виды плитки - шестигранник, ромб, толстушка, прямоугольник и другие по желанию  заказчика. В основе производства лежит технология сухого вибропрессования, применяемая в Западной Европе.

Область применения:

• устройство тротуаров и садово-парковых дорожек;
• устройство городских площадей;
• устройство детских и посадочных площадок;
• устройство территории стоянок и АЗС;
• благоустройство мест в индивидуальном домостроении;
• благоустройство мест погребения.

Бордюрный камень 

Геосинтетические материалы - решение дорожных проблем

Сегодня в дорожно-строительной отрасли приоритетной задачей является наиболее эффективное использование  материальных ресурсов. То есть быстрое  и качественное строительство и  реконструкция дорог с наименьшими затратами.

На помощь строителям в решении поставленных задач  пришли геосинтетические материалы, нашедшие широкое применение во множестве  инженерных решений.

Геосинтетическими материалами называются материалы, в которых хотя бы одна составная часть изготовлена из синтетических или природных полимеров, используемых в геотехнике в контакте с грунтом или другими строительными материалами. Полипропилен, полиэтилен, полиэфир (полиэстер), арамид являются основой многих геосинтетиков, которые представляют собой сетки, ткани, решетки.

Укрепление слабых оснований, строительство насыпей с откосами повышенной крутизны, повышение несущей  способности грунтов, стабилизация устойчивости склонов, предотвращение образования трещин в дорожном покрытии, увеличение срока службы дороги - задачи, решение которых найдено с помощью геосинтетиков.

Геосинтетические материалы  улучшают технические характеристики дорожных конструкций благодаря  своим свойствам: высокой прочности  на растяжение и разрыв при малых  деформациях, высокой адгезии с грунтом и асфальтобетоном, долговечности, а также устойчивости к воздействию химически агрессивных сред.