Применение базальтовой сетки в конструкциях автомобильных дорог Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 691.3, 691.5

ПРИМЕНЕНИЕ БАЗАЛЬТОВОЙ СЕТКИ В КОНСТРУКЦИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Г.Э. Окольникова, Н.В. Новиков, А.Ю. Старчевская, Г.С. Пронин Российский университет дружбы народов, Инженерная академия, Департамент архитектуры и строительства

Аннотация

Проанализирован способ усиления дорожного покрытия с помощью композитных сеток на основе базальтового волокна. Отмечены её преимущества по сравнению с сетками из других материалов. Приведены отечественные и зарубежные исследования свойств дорожной базальтовой геосетки, оказывающих влияние на качество дорожного покрытия. В ходе этих исследований выяснено, что армирование покрытия геосетками предотвращает образование трещин и колей и позволяет существенно увеличить срок его службы без необходимости в ремонте.

Ключевые слова:

сетка на основе базальтового волокна, дорожное строительство, композитные строительные материалы. История статьи:

Дата поступления в редакцию: 07.05.19

Дата принятия к печати: 11.05.19

03

г

м О

-I

м

Э СО

Введение.

Одной из наиболее острых и масштабных проблем в нашей стране является качество и долговечность автодорог. Конструкции дорог постоянно подвергаются пагубному воздействию внешних факторов, таких как: воздействие агрессивной среды, гидрогеологические условия, слабые и неоднородные грунты основания, подземные коммуникации, автомобили и тяжёлый пассажирский транспорт. Всё это может приводить к деформациям и разрушению асфальтобетонного покрытия и, как следствие, сокращению его срока службы. Для того, чтобы этого избежать в конструкцию дорожной одежды вводят армирующую прослойку.

Какую функцию выполняет армирующая прослойка?

Основная задача армирования асфальтобетонного покрытия заключается в увеличении его прочности, и, как следствие, снижении нагрузки на основание. Как известно, бетон плохо работает на растяжение, поэтому, из-за регулярного воздействия автотранспорта на покрытие дороги, на нём могут образовываться трещины, что, в свою очередь, будет оказывать негативное влияние на грунт основания. При проникновении влаги в образовавшиеся трещины происходит вымывание грунта основания и насыщение его водой. Наибольшую опасность вода, проникающая в трещины, представляет в регионах, где температура колеблется в районе 0°С При замерзании и переходе в твёрдое агрегатное состояние вода расширяется и вытесняет частицы грунта. Всё это приводит к снижению прочности конструкции дорожной одежды и ускоряет её разрушение.

и

СО ш

У ■

а :

< 5

* ¡5 и Ё

< 2

со °

О £

Sra

т га

О ю

X щ

£ 1

О а

* с

-О 5

с; I

о о

* а

О С

т и

Рис. 1. Колея на неармированной дороге

Помимо этого, существует проблема образования колейности при эксплуатации дорог. По причине того, что движение машин регулируется разметкой и места приложения нагрузок со временем не меняются, на полосах движения автомобилей наступает усталость материала, в следствии чего, образуется колея [1]. Введение армирующей прослойки эффективно решать все эти проблемы. Она воспринимает растягивающие напряжения и позволяет распределить внешнюю нагрузку по большей площади и, как следствие, предотвращает появление трещин, колейности и полос наката.

Для армирования могут применятся как стальная арматура, так и композитная геосетка.

Геосетка(сетка) — материал, выполненный прядением из жгутов синтетических волокон или волокон из стекла, базальта, а также литьём из расплава полимеров [2].

Первые отечественные исследования, направленные на создание композитной арматуры, начались в конце 60-х годов, но в следствии ряда технических и экономических проблем были приостановлены и возобновились только 15-18 лет назад [2]. С 2000 г. в России благодаря исследованиям ведущих специалистов НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, МГСУ, НИИ стеклопластиков и других организаций, началось широкое применение в строительстве композитного волокна, в том числе базальтового [3].

Первые попытки выпуска непрерывного дорожного волокна в нашей стране, были предприняты в 1998 г. по украинской технологии (Джигирис, Махова) в г. Судогда Владимирской области на заводе Стеклотканей для производства сеток встречного плетения для укрепления дорожных асфальтовых покрытий. Базальтовая сетка была уложена на участок трассы Владимир-муром, длиной 10 км. За 5 лет наблюдений на этом участке не образовались колеи и трещины. После чего было выделено финансирование на приобретение сеток и проведение экспериментов на остановках общественно-

го транспорта на Каширском шоссе в г. Москва под руководством начальника лаборатории дорожных покрытий НИИ «Мосстрой». За год эксплуатации было выявлено положительное влияние базальтовой сетки на качество и долговечность дорожного покрытия, но в ходе совещания СУ-ремонтников-дорог в «Доринвесте» г. Москва, было принято решение отказаться от новой технологии усиления дорог.

Далее испытания композитных сеток проводились совместно НИИЖБ им. А.А. Гвоздева и ООО «АСП». В городе Пермь на ул. Куйбышева был выполнен опытный участок дороги с использованием армирующей сетки из стеклянного волокна. Наблюдения за состоянием дороги велись в течении пяти лет(рис). В результате, на армируемом участке дороги не было выявлено трещин или колейности. Опытный участок дороги по ул. Карпинского, армируемый с помощью композитной геосетки, активно эксплуатировался в течении семи лет (рис.), без необходимости в ремонте, при гарантийной норме в пять лет [4].

Рис. 3. Состояние дорожного покрытия после 5 лет эксплуатации (г. Пермь, ул. Куйбышева)

Рис. 4. Состояние дорожного покрытия после 5 лет эксплуатации (г. Пермь, ул. Карпинского)

В зарубежной практике дорожного строительства базальтовая сетка впервые была использована в Украине во время строительства участков трасс Львов — Чоп и Киев — Одесса, наиболее подверженных ухудшению во время эксплуатации и на остановках общественного транспорта в Киеве в 2001 — 2002 годах. Эти работы проводились Украинским научно-исследовательским институтом дорожного строительства и Украинским дорожным управлением [5].

Технология строительства.

Геосетки могут быть уложены в дорожные конструкции:

- поверх земляного полотна для повышения его несущей способности, особенно при повышенной влажности и сезонных изменениях водно-теплового режима;

- под основанием из материалов крупных фракций (щебня, гравия). Ячейки сеток блокируют частицы щебня и ограничивают их вертикальные и горизонтальные перемещения, распределяя нагрузку по площади дорожной конструкции;

- на основаниях дорог из материалов крупных фракций или цементобетона в качестве тре-щинопрерывающей прослойки;

и г

м О

и во ш

У ■

а : < ^

* £ и й

л °

<3

■те

О £

во (0 О «э

X <и

* 2

Я ^

О а * с

-о 5

с; х

о о

* а

о с

л и

- в покрытиях между слоями асфальтобетона для повышения долговечности и эксплуатационной надежности.

Технология включает следующие операции:

- подготовку поверхности, на которую укладываются геосетки;

- укладку и закрепление геосеток;

- устройство верхних слоев дорожной одежды.

На грунт земляного полотна (рисунок 5а) геосетка укладывается только после окончания строительства подземных сооружений и коммуникаций, после засыпки всех разрытии и уплотнения грунта до требуемого значения коэффициента уплотнения (К пл > 0,98)[6].

Рис. 5 a. Геосетка уложена на земляное полотно

Рис. 5 б. Геосетка уложена на песчаный подстилающий слой под щебеночным основанием

Рис. 5 в. Геосетка уложена на бетонное основание под двухслойным асфальтобетонным покрытием

Рис. 5 г. Геосетка уложена между нижним и верхним слоем асфальтобетона

Почему базальт?

Основными конкурентами на рынке композитных дорожных геосеток являются сетки из стеклянного и химического волокна, но оба эти варианта имеют определённые недостатки по сравнению с базальтовым волокном. Сетка из химического волокна может растягиваться под нагрузкой, что в условиях эксплуатации автодороги крайне негативно сказывается на её качестве. Сетка из стекловолокна по сравнению с базальтовой обладает гораздо меньшей устойчивостью к воздействию факторов окружающей среды и химических факторов, таких как: воздействие щелочей и солей. В дорожном строительстве этот показатель имеет серьёзное значение, так как во время службы дорога постоянно повергается воздействию климатических условий, помимо этого, армирующая прослойка подвергается химическому воздействию со стороны асфальтобетона.

PCB-D (базальтовая сетка для дорожного строительства)

Разрушающая нагрузка, не меньше, кг По ширине 120

По длине 120

Плотность, гр/м2 250±10

Растяжение под нагрузккой, % 1-1.5

Пропитка сетки специальным составом обеспечивает ее жесткость, негорючесть, стойкость про-

тив кислот и щелочей.

NPB-550 K (базальтовая сетка для дорожного строительства в сложных геологических условиях)

Разрушающая нагрузка, не меньше, кг По ширине 600

По длине 600

Плотность, гр/м2 550±10

Вывод.

Геосетка из базальтового волокна является выгодной альтернативой традиционной стальной сетке и имеет ряд преимуществ перед прочими композитными материалами. Базальтовая сетка не растягивается под нагрузкой, выдерживает высокие и низкие температуры, устойчива к коррозии, имеет высокую прочность и оптимальное соотношение цены и качества. В совокупности эти факторы делают базальтовое волокно наиболее выгодным и перспективным материалом для использования в строительстве автодорог.

03

г

м О

-I

м

Э СО

и со ш

У ■

а :

< 5

* ¡5 и Ё

< 2

со °

О £

Sra

т га

О ю

X щ

£ 1

О а

* с

-О 5

с; х

о о

* а

О С

т и

ЛИТЕРАТУРА:

1. Журнал «Техника для городского хозяйства» №3 за 2003 год

2. Методические рекомендации по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования (приняты письмом Росавтодора от 17 марта 2004 г. N OC-28/1270-ис)

3. Грановский А.В., Джамуев Б.К., Доттуев А.И. Применение композитной сетки на основе базальтового волокна для усиления каменной кладки // Промышленной и гражданское строительство. 2016. № 5. C. 31-34.

4. Степанова В.Ф., Бучкин А.В. Арматура композитная полимерная: рецепт против колейности.

5. Оснос С.П., Коваль П.Н., Краушкина Е.В., Химерик Т.Ю. Применения материалов на основе базальтового волокна в дорожном строительстве. Результаты исследования, выводы и опыт применения.

6. Департамент градостроительной политики, развития и реконструкции города. ГУП «НИИМОССТРОЙ». Технические рекомендации по конструкциям и технологии строительства дорожных одежд с использованием базальтовых геосеток. ТР 191-08

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Г.Э. Окольникова, Н.В. Новиков, А.Ю. Старчевская, Г.С. Пронин. Применение базальтовой сетки в конструкциях автомобильных дорог. — Системные технологии. — 2019. — № 31. — С. 19—24.

USE OF A BASALT GRID IN THE CONSTRUCTION OF ROADS

G.E. Okolnikova, N.V. Novikov, A.Y. Starchevskaya, G.S. Pronin Peoples' Friendship University of Russia, Academy of Engineering, Department of Architecture and Construction

Abstract:

The method of reinforcing the road surface with the composite grids based on basalt fiber is analyzed. Its advantages are compared with grids from other materials. The Russian and foreign studies of the properties of the road basalt geogrid, which affect the quality of the road surface, are presented. In the course of these studies, it was found that reinforcing the road surface with geogrid prevents the formation of cracks and ruts and allows significantly increasing the service life without the need for repair.

Key words:

grids based on basalt fiber, road construction, composite building materials. Date of receipt in edition: 07.05.19 Date of acceptance for printing: 11.05.19