Разрабатываются новые технологии с применением цемента.
Внедрение цементных материалов в дорожной отрасли России только набирает обороты, хотя емкость рынка – огромна, считают специалисты. В настоящее время потенциальный спрос в России на специальные цементы и комплексные минеральные вяжущие составляет примерно 5–6% от общего объема потребления цемента в стране, или примерно 3–3,5 млн тонн в год. Какие есть инновации в этом сегменте?
О преимуществах цементобетона в конструктивных слоях дорожных одежд хорошо известно. Это износостойкость, долговечность, повышенный коэффициент сцепления колес автомобиля с покрытием, высокая отражающая способность и др. Кроме того, недавним исследованием МАДИ доказано, что практически во всех случаях экономически более выгодными являются конструкции дорожных одежд с монолитными цементобетонными покрытиями. Это подтверждается приказом Минстроя России № 148 от 3 марта 2023 года по установлению укрупненных нормативов цен: стоимость строительства 1 км таких трасс на 10% ниже стоимости аналогичного по техническим характеристикам участка дороги с покрытием из асфальтобетона.
Среди сравнительно недавних проектов строительства автодорог с цементобетонным покрытием можно отметить участок протяженностью 80 км на северном обходе Новосибирска, 14 км на трассе Чита –
Забайкальск, участок в 8 км трассы А–370 «Уссури», 10 км трассы М–6 «Каспий» в Волгоградской области, 20 км автотрассы М–4 «Дон». О последнем проекте стоит сказать отдельно. При ремонте участка М–4 с 52–го по 71–й км в Московской области использовалась технология управления состоянием цементобетонного покрытия на стадии эксплуатации. Цементобетонное покрытие перекрыли слоем износа из асфальтобетона ЩМА–12 по методологии Superpave толщиной 3,5 см. Благодаря такому решению межремонтный срок службы на этом участке при среднесуточной интенсивности более 65 тыс. автомобилей в два раза превысил минимальный срок, установленный ГОСТ Р 58861.
В настоящее время производители материалов с применением цемента активно предлагают рынку свою продукцию для нужд дорожного хозяйства. Ряд проектов был реализован в рамках нацпроекта «Безопасные качественные дороги». Например, реконструкция трассы Р–228 Сызрань – Саратов – Волгоград на участке с 291–го по 325–й км (обход г. Саратова) – один из ключевых дорожных проектов Саратовской области. Работы на объекте были начаты в 2021 году и завершены в 2023–м. Проектом предусматривалось расширение полос с двух до четырех, а расчетная интенсивность движения составляет 34 тыс. автомобилей в сутки. Реконструкция этой трассы имеет большое значение: она разгрузила дорожную сеть в городе, перераспределив транзитный трафик из Татарстана, Самарской и Оренбургской областей.
Участок для реконструкции был сложным, и чтобы сэкономить время и сметную стоимость проекта, применили сразу несколько современных технологий с цементом: укрепление грунтов, холодную регенерацию и бетонное основание. Дело в том, что физико–механические свойства грунтов в Саратовской области благоприятны для дорожного строительства, поэтому можно не завозить новый грунт, щебень и песок, а работать на месте с остатками старого асфальтобетона реконструируемых и ремонтируемых автомобильных дорог. Тем более что есть определенные трудности с доставкой инертных материалов в регионы. Их приходится заво-
зить за 1300–1500 км, так как на месте практически нет щебня требуемых марок, не хватает и песков средней крупности.
Технология укрепления грунта позволяет получить грунтоцементное основание путем смешивания местного грунта ресайклером с минеральным вяжущим (цемент либо комплексное минеральное вяжущее): так прочность и долговечность всей конструкции дорожной одежды возрастает, а тяжелая техника может работать даже в весеннюю распутицу. В свою очередь технология холодной регенерации избавляет строителей от необходимости утилизировать старый асфальтобетон и дает возможность уменьшить объем заво-
зимых на площадку инертных материалов. Остатки старого асфальтобетона перемешиваются с минеральным вяжущим, инертными материалами и органическим вяжущим. Состав смеси для устройства дороги подбирался генподрядчиком при поддержке технических специалистов компании – производителя цементной смеси.
Еще один пример – сверхпрочный фибробетон (СПФБ) –
композитный материал на основе цемента с высоким содержанием тонких стальных волокон. Среди основных свойств СПФБ –
повышенная долговечность, устойчивость к влиянию агрессивных сред и реагентов, высокая прочность на сжатие и растяжение, водонепроницаемость и морозостойкость. Материал применяют в мостостроении, а также в инфраструктурном и промышленном строительстве, в том числе для ремонта, усиления и гидроизоляции искусственных сооружений. Проекты с применением материала характеризуются пониженной материалоемкостью, благодаря чему увеличивается скорость строительства и уменьшается проектная смета. Кроме того, жизненный цикл такого материала может достигать 150 лет, что увеличивает межремонтный срок службы объектов.
В России материал применяется относительно недавно, однако уже зарекомендовал себя в проектах федерального и регионального масштаба. Так, на одном из участков федеральной трассы М–12 «Восток» впервые в стране на путепровод установили карнизные блоки из СПФБ. Кроме того, сверхпрочный фибробетон применили на одной из эстакад Третьего транспортного кольца в Москве. Материал уложили на скрытый ригель, где он служит как гидроизоляция и ездовое полотно одновременно. Еще один пример применения – пункт взимания платы на северном обходе Одинцова, а именно нагруженная зона разгона и торможения. Благодаря слою из СПФБ, уложенному поверх индукционной плиты, удалось повысить прочность дорожного полотна на этом участке, и после модернизации покрытия дороги пропускная система продолжила работу в штатном режиме. Применение материала на платном участке трассы М–1 стало возможным в том числе благодаря способности СПФБ свободно пропускать сигнал оборудования, несмотря на высокое содержание металлической фибры в составе. После модернизации дорожного покрытия в зоне ПВП система, отвечающая за логику работы группы оборудования пропускной системы, продолжила работать в обычном режиме.
Интересно, что ученые не только создают новые материалы на основе цементов, но и разрабатывают технологии по утилизации отслуживших бетонных материалов. И надо сказать, потенциал в этом направлении также очень существенный, ведь цемент – это, как говорится, «хлеб стройки», его повсеместно применяют в гражданском и промышленном строительстве. Так, ученые Новосибирского государственного университета (НГУ), Новосибирского государственного архитектурно–строительного университета и Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН разработали способ повторного использования цементно–песчаного камня из разрушенных бетонных и железобетонных конструкций.
Ученые предложили экономичную технологию переработки крошки цементно–песчаного камня в активную коллоидную добавку посредством механохимической активации в слабощелочном водном растворе. При этом не требуется специально разработанного оборудования. В результате удается заместить до 30% цемента на активную коллоидную добавку во вновь получаемых бетонных составах без потери их прочности. Отмечается, что в отличие от имеющихся подходов, в которых используются концентрированные щелочи для растворения частиц цементно–песчаного камня и его превращения в гель, разработанный учеными способ подразумевает лишь химическую модификацию поверхности его частиц с целью увеличения их сцепления с зернами заполнителя и минералами в бетонных смесях. Разработанная активная коллоидная добавка предназначена для экономии цемента в товарных бетонных смесях и кладочных растворах, используемых для разнообразных строительных нужд.
