Еще раз о перспективах жестких дорожных одежд в России
ТЕХНОЛОГИИ
Эффективным решением для повышения надежности и долговечности автомобильных дорог и искусственных сооружений остается применение современных бетонов.
Согласно Стратегии развития промышленности строительных материалов к 2030 году половина всех новых автодорог в России должна строиться с цементобетонным покрытием. Эта технология обеспечивает долговечность, безопасность и экономичность автотрасс при высоких нагрузках и в сложных климатических условиях. В последнее время к этой технологии заметен повышенный интерес в России и странах СНГ. Это объясняется не только краткосрочной конъюнктурой рынка, но и значимым мультипликативным эффектом для экономики, который возможен при переходе на эту технологию.
Строительство автомобильных дорог в России ведется преимущественно с использованием двух альтернативных материалов: асфальтобетона и цементобетона. Исторически отрасль была сориентирована на первый: в 1960–е годы технология производства дорожных смесей с применением битума считалась наиболее оптимальной. На тот момент это вяжущее отличалось низкой стоимостью, что делало асфальтобетон экономически более привлекательным вариантом. Однако с тех пор ситуация изменилась: трафик и нагрузки на дорожную сеть значительно выросли, стоимость материалов также заметно увеличилась, как и технические требования к самим автотрассам. В результате асфальтобетоны перестают выдерживать требуемые параметры, а цементобетон и другие материалы на этом фоне рассматриваются как экономически конкурентоспособная альтернатива.
К преимуществам жестких дорожных одежд традиционно относят увеличенный срок эксплуатации (25–50 лет), снижение стоимости строительства таких автодорог дорог на 25% по сравнению с асфальтобетонными покрытиями (за счет увеличения межремонтных сроков), устойчивость покрытия к истиранию, независимость эксплуатационных характеристик от температуры и влажности окружающей среды, повышенную прочность на изгиб и сжатие. Также цементобетон характеризуется лучшим светоотражением, поэтому считается что видимость на них – лучше.
Дорожное сообщество традиционно выделяет и ряд минусов жестких дорожных одежд. Это трудоемкость строительства и слабая ремонтопригодность – бетонные дороги со временем изнашиваются и требуют перекрытия слоями асфальтобетона, а эта процедура увеличивает высоту конструкции и требует перемонтажа всех систем безопасности. Кроме того, такие дороги обусловливают особые требования к противогололедным материалам, необходимость применения специализированных машин и механизмов, а также высоких марок цемента при ремонте и содержании.
Масштабную практику применения цементобетона в дорожном строительстве в России ограничивает и то, что сейчас тип конструкции дорожной одежды выбирается исходя из минимальной стоимости строительства, без учета будущих затрат на ремонт и содержание. К тому же зачастую при проектировании не производится сравнительный анализ, необходимый для выбора оптимального варианта технологии. А это очень важно, учитывая, что удельный вес стоимости материалов в договорных ценах на строительство автомобильной дороги составляет в среднем около 70%.
Перспективные направления применения
В целом в России можно выделить несколько направлений, перспективных для применения технологии цементобетонного покрытия в дорожном строительстве. Первое – строительство современных скоростных автотрасс, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности и которые должны хорошо переносить длительные нагрузки на сжатие и изгиб, пониженные температуры, воздействие химических веществ и др. Второе – строительство и реконструкция обходов городов, полосы разгона и торможения, подъездных участков к автоматическим пунктам весогабаритного контроля, подъездных участков и зон пунктов взимания платы, площадок отстоя автотранспорта и автодорожной техники, сельских дорог с нагрузкой от зерновозов и тяжелой сельскохозяйственной техники (актуально для южных регионов РФ).
Отдельное направление – использование минеральных и комплексных вяжущих при укреплении и стабилизации грунтов и в технологии холодного ресайклинга. Ряд экспертов сходятся во мнении, что потенциал роста применения цемента на дорогах – не в устройстве покрытий, а в укреплении оснований дорожных одежд. Эта тема очень актуальна для России, учитывая протяженность грунтовых дорог. Более того, без твердого покрытия на всем протяжении остается даже федеральная автомобильная дорога (Р–504 «Колыма»).
Важен
комплексный подход
Качество автодорог с жестким покрытием закладывается еще на стадии проектирования: состав бетонной смеси подбирают так, чтобы обеспечить прочность, устойчивую работу покрытия в конкретных климатических и эксплуатационных условиях. В целом на долговечность бетона влияют качество цемента, свойства заполнителя, водоцементное отношение и применяемые добавки. При этом подбор состава нельзя сводить только к достижению заданной прочности. Для дорожного покрытия важно, насколько материал будет устойчив к образованию трещин, поверхностному износу и проникновению влаги. Чем выше его проницаемость и чем больше в материале ослабленных зон, тем легче вода проникает в толщу плиты. В результате быстрее развиваются процессы, снижающие прочность цементного камня и ухудшающие состояние покрытия. При неправильном выборе смеси по факторам, помимо прочности, возникают дефекты, которые влекут за собой сокращение срока службы.
Также на срок службы покрытия влияют свойства и состав бетона, поскольку материал покрытия определяет его способность воспринимать нагрузки, сопротивляться климатическим воздействиям и сохранять работоспособность в течение жизни дороги. К бетону предъявляются требования не только по прочности, но и по другим показателям, таким как морозостойкость, плотность структуры, водостойкость и способность бетона сохранять свои свойства при многократном увлажнении, высыхании, замораживании и оттаивании.
Кроме того, эксплуатационная надежность таких покрытий определяется состоянием всей дорожной конструкции – то есть зависит от совместной работы плиты, основания, швов и поверхностного слоя. Повреждение швов, ослабление основания, поверхностные разрушения и трещины взаимно усиливают друг друга, что ускоряет общее ухудшение состояния покрытия. Например, при отсутствии надежной защиты деформационного шва происходит проникновение влаги и агрессивных сред в его полость, что приводит к ухудшению условий работы шва и примыкающих конструктивных элементов. В результате могут развиваться процессы коррозии стальной арматуры, карбонизации и выщелачивания цементного камня, разрушения контактных зон и снижение адгезионной и деформативной способности герметизирующих материалов.
Таким образом, преимущества цементобетонных покрытий обеспечиваются только при комплексном подходе, включающем качественную проектную проработку, правильный подбор состава бетона, соблюдение технологии устройства покрытия, регулярный контроль его состояния и своевременное устранение начальных повреждений.
Зарубежный опыт
и отечественная практика
Зарубежные страны имеют обширный и многолетний опыт проектирования и строительства дорог с жестким типом покрытия. На сегодня в Германии цементобетонное покрытие имеют 30% дорог, в Китае – около 50%, в США – 60%, в Индии – 100%. Строительство дорог с таким покрытием активно ведется в том числе в странах со сложными климатическими условиями, при значительных минусовых температурах в зимний период. Как показывает практика Швеции, Канады, Аляски (США), северных районов Китая, цементобетонные покрытия (при условии тщательного проектирования и применения технологий морозостойкого бетона, самовосстанавливающегося бетона и др.) выдерживают значительные нагрузки, сильные холода и являются более прочными на протяжении длительного жизненного цикла по сравнению с асфальтобетонными.
В России, конечно, тоже есть подобная практика, которая началась еще во времена Советского Союза. На протяжении последних 20 лет на территории Российской Федерации реализованы десятки проектов по строительству автомобильных дорог с жестким типом одежды. Это участки трасс М–4 «Дон», Р–254 «Иртыш», северный и восточный обходы Новосибирска. Однако в целом объемы минимальны – менее 1,2% от всех дорог. Но даже на основе имеющегося опыта можно сделать вполне однозначные выводы о перспективности данной технологии. Так, согласно данным ФКУ «Сибирь», которое проводит ежегодный мониторинг северного обхода Новосибирска и Р–254, отмечается, что за 7–8 лет эксплуатации износ покрытия составляет 3–5 мм при допустимом уровне 8–10 мм; колееобразование – менее 5 мм, а коэффициент сцепления сохраняется на уровне 0,45–0,50.
В целом в России сформированы базовые предпосылки для расширения практики строительства, реконструкции и эксплуатации автомобильных дорог с ЦБП: накоплен опыт реализации проектов на федеральной и региональной сети, имеются примеры длительной безремонтной эксплуатации на отдельных объектах, разработаны нормативно–техническая документация, регламентирующая проектирование жестких дорожных одежд, требования к материалам, методам испытаний и производству работ.
Так, действующая система национальных стандартов охватывает ключевые элементы технологической цепочки, включая типовые конструктивные решения и проектирование жестких дорожных одежд, требования к материалам, методам испытаний и регламентам производства работ, а также к решениям по укреплению оснований. В частности, в 2019 году утверждены ряд предварительных национальных стандартов, устанавливающих технические требования и методы испытаний к стабилизированным и укрепленным неорганическим вяжущим грунтам. В 2020 году принят межгосударственный стандарт «Цементы общестроительные. Технические условия». В 2021–м введен в действие комплекс национальных стандартов на бетонные смеси слоев основания и покрытия дорог и др.
Достичь мультипликативного эффекта
Специалистами Финансового университета при Правительстве РФ по заказу НО «Союзцемент» была разработана Методика оценки мультипликативного эффекта от строительства и эксплуатации автодорог с цементобетонными покрытиями по сравнению с асфальтобетонными. Согласно полученным сценарным оценкам, переход на жесткие типы дорожных одежд позволит снизить затраты консолидированного бюджета страны почти на треть за два года. Это возможно благодаря более низкой стоимости жизненного цикла цементобетонных автодорог, увеличенным межремонтным интервалам и интервалам работ по устройству защитных слоев, слоев износа и поверхностной обработки при одновременном увеличении срока службы конструкции.
Кроме того, в рамках мультипликативных эффектов снижаются общие логистические издержки перевозчиков: повышенная осевая нагрузка позволит увеличить загрузку грузового автотранспорта с 60–75% до 70–95%, обеспечив тем самым условия для потенциального прироста грузооборота автомобильным транспортом. Немаловажен фактор отмены весенних и летних ограничений перевозок грузов по региональной сети. Напомним, что сейчас ограничения движения грузового транспорта тормозят перевозки и увеличивают издержки бизнеса: в настоящее время лишь 34% федеральных и 4% региональных автомобильных дорог способны выдержать нормативную нагрузку на ось в 11,5 тонны. И лишь 12% участков опорной сети доступны для тяжеловесного транспорта. На автомобильных дорогах с цементобетонным покрытием необходимость в весовом контроле и введении ограничений по нагрузке на ось транспортных средств отсутствует, что обеспечивает свободный пропуск грузового транспорта в осенне–весенний и летний периоды года.
При целевом использовании полученной экономии в дорожной отрасли возможно дополнительное строительство порядка 200 км дорог федерального или 650 км регионального значения, отмечают специалисты Института региональной экономики и межбюджетных отношений Финансового университета. Наконец, переход на более широкое применение цементобетонов в дорожной отрасли позволит поддержать отечественную цементную промышленность. Сейчас объемы производства и потребления цемента в России падают, и рынок могут перехватить страны СНГ, которые демонстрируют противоположную динамику. Так, в Киргизии производство цемента растет на глазах, и при этом там обсуждаются планы по строительству цементного завода совместно с Китаем. В Казахстане китайские инвестиции уже дали свои плоды: в Актюбинской области строится новый завод мощностью 1,3 млн тонн цемента в год. В Таджикистане та же тенденция: к 2029 году в этой стране будут введены в эксплуатацию четыре новых предприятия по производству необходимого строительного материала.
Людмила ВЛАДИМИРОВА
