Материалы для строительства дорог: какие лучше использовать

Материалы используемые при дорожном строительстве в городе

Классификация дорожных покрытий

Транспорт является одним из «китов», на которых стоит экономика. Именно он обеспечивает связи между предприятиями, объектами промышленности, торговли, сельского хозяйства и снабжения. Развитие любого города, области и страны напрямую зависит от развития системы транспортного сообщения, в которой автомобильные дороги занимают первое место.

В зависимости от особенностей эксплуатации дорог их классифицируют на несколько типов. Строительство каждого осуществляется строго по технологии, регламентируемой специализированными органами. В этой статье мы подробно разберемся в том, какой бывает классификация дорожных покрытий.

Механические свойства материалов

Это наиболее значимые эксплуатационные качества материалов, которые определяют стойкость покрытия перед нагрузками транспортных средств. Существует целый комплекс механических свойств, позволяющих оценить чувствительность полотна к нагрузкам. В частности, испытания дорожно-строительных материалов проводятся по следующим качествам:

  1. Прочность. Способность материала принимать на себя действия внешних сил, не подвергаясь разрушению.
  2. Дробимость. Также косвенный показатель прочности, который определяют при сжатии материала в емкостном цилиндре.
  3. Истираемость. Способность дорожного материала под действием истирающих сил изменять массу.
  4. Хрупкость. Способность дорожного стройматериала разрушаться под внешними воздействиями без остаточных деформаций.
  5. Упругость. Данное качество определяет способность материала восстанавливать изначальную форму с параметрами после того, как внешние силы прекратили механическое воздействие.
  6. Пластичность. Свойство, которое показывает, насколько материал способен деформироваться необратимо. В процессе испытаний дорожно-строительных материалов на пластичность, в частности, определяется динамика изменения формы и объема исследуемой структуры под внешней нагрузкой. Также фиксируется пиковый момент, после которого начинается процесс разрушения.

Строительные материалы для укладки дорог

Физические свойства материалов

Благодаря изучению данной категории свойств технологи определяют, насколько тот или иной материал способен противостоять атмосферным явлениям и в целом пригоден условиям применения. К таким свойствам относится влагостойкость, термостойкость, устойчивость к морозу, плотность, пористость и т.д. Например, показатель плотности определяют с помощью пикнометра – это тарировочная колба, которую наполняют измельченным материалом.

Далее производится заполнение емкости водой, кипячение и настаивание на песчаной бане. В конце испытания порошок взвешивается и путем сопоставления первичных показателей с результатами теста определяется коэффициент плотности и пористости. Для некоторых групп дорожно-строительного материала имеет значение и показатель пустотности. От него зависит степень заполнения дефектных участков рыхлым сыпучим материалом.

Химические свойства материалов

Данными свойствами определяется то, каким образом материал будет химически взаимодействовать с окружающей средой. В этой части можно выделить следующие качества:

  1. Атмосферостойкость. Способность структуры материалов сохранять целостность под влиянием солнечной радиации, температуры, осадков, газов, микроорганизмов и т.д.
  2. Коррозионная защищенность. Свойство, которое определяет стойкость перед кислотными средами, щелочами, проточными и морскими жидкостями. Например, битумы чувствительны к щелочным средам, а бетон разрушается под действием морских солей.
  3. Растворимость. Определяет способность материалов при взаимодействии с водой образовывать новые вещества и растворы.
  4. Твердение. Данное свойство дорожно-строительных материалов указывает на их способность переходить в своей структуре из пластичного состояния в твердотельное.

Также с точки зрения монтажно-эксплуатационных условий применения важны и технологические качества. Это универсальные свойства, благодаря которым оценивается уплотняемость структуры, степень ее расслаиваемости, вязкость и другие характеристики.

Из чего строят дороги?

Строительство дороги дорогое и непростое дело. Сама дорога сложное инженерное сооружение, из  которого мы видим только верхнюю часть: покрытие, да бордюры. Сама дорога — это многослойный пирог.

Задача сложной конструкции дороги перераспределить нагрузки от машин на грунт. В зависимости от конструкции дороги бывают жесткие цементнобетонные, и нежесткая асфальтобетонные

Цементнобетонные дороги

У цементнобетонной дороги связующим служит цемент. Главный плюс жесткой цементнобетонной дороги — долговечность. При правильной эксплуатации капитальный ремонт цементобетонным трассам требуется лишь через 24 года, а  асфальтовым дорогам он требуется через 10 лет (да и то при соблюдении технологии).

В  конце 60-х  в СССР  начали  активно заниматься цементобетоными дорогами. Но цемента не хватало, шло массовое строительство жилья. Зато нефть была дешева и были открыты новые месторождения и стали развивать технологии строительства асфальтобетонных дорог.  Однако, цементобетон успел  получить большое распространение на Севере и в Сибири как основание при строительстве дорог и эти дороги стоят до сих пор.

Существуют два варианта строительства дорог из цементобетона. Первый – это монолитный бетон, вложенный в заготовку и твердеющий в естественных условиях. Второй сборный из железобетонных плит. Монолитный бетон отливается на месте. Однако  в России нормальные условия для твердения бетона могут быть обеспечены в достаточно короткий летний период,  когда температура окружающей среды составляет не менее 15-17 С.  Монолитная технология изготовления бетона непосредственно на трассах сильно ограничивает скорость строительства дорог и масштабное строительство в России затруднено. Второй способ строительства дорог из цементобетона это собирать дороги из преднапряженных железнобетонных плит сделаных на заводе. Заводские условия позволяют получить намного лучший бетон с заданными характеристиками, которые нереально получить в полевых условиях.

Таких дорог раньше много строили и в России. Вспомним, что МКАД раньше был построен из бетонных плит назывался «бетонкой» (сейчас так все еще продолжают называть Большое и Малое кольцо в Московской области). Однако у старой технологии был существенный  недостаток: плиты разъезжались, поскольку требовали такого основания, чтобы при  одна плита не осаживалась относительно другой. Особенно эта проблема возникала  при эксплуатации трасс большегрузными автомобилями.

Сборка дороги из сборного цементобетона
Сборка дороги из сборного цементобетона. Видны каналы и шпунты

Сегодня проблема основания она полностью преодолена. Железобетонные плиты для дорог снабжены сквозными каналами в средней части диаметром 15- 25 мм и шпунтованными боковыми гранями. Через каналы протягивают стальные тросы, которые  покрываются защитной смазкой,  которая обеспечивает им защиту от коррозии, а напрягаемая арматура располагается  в полиэтиленовых трубках.  За счет этого напрягаемой арматуре обеспечивается свободное перемещение,  как в процессе натяжения,  так и при эксплуатации конструкции.  Между торцами  железобетонных плит помещается герметик. Себестоимость таких дорог по новой технологии в среднем в два раза ниже, чем асфальтобетонных, поскольку  радикально сокращаются затраты на подготовку основания.

В  США 80% покрытий дорог – цементобетон. Асфальт используют только как верхний смягчающий слой для движения. В США впервые использовали эту технологию в 1921 году. Сегодня в США тысячи «вечных» автодорог и покрытий построены из сборного преднапряженного железобетона.  Бельгия построила свой первый участок дороги из напряженного железобетона в 1950 году и интенсивно использует эту технологию с 1970 года. Причем,  строятся не только магистрали,  но и дороги регионального и местного значения. Во Франции эту технологию впервые применили в 1947 году,  а повсеместно стали внедрять с 1983 года.

Асфальтобетон

Сейчас в России жестких  бетонных трасс всего 2-3%, в  Германии — более 40%, причем все возводимые у нас новые дороги — асфальтовые. Возможно потому, что битум для асфальта — серьезная статья доходов нефтяного бизнеса.

Устройство дороги с асфальтобетонным (мягким) покрытием

Самый нижний слой – слой основания – грунт, следующий слой – песок, затем идет щебень и последний верхний слой – дорожная одежда – или асфальт. Когда разрушается асфальт, возникают трещины и небольшие ямы на дороге, которые мешают передвижению, но, как говорится, «не смертельно». В любом случае асфальтобетонн это сложная смесь из битума, бетона и наполнителя. От качества ингредиентов зависит долговечность слоя, поэтому дорожники проверяют покрытия, вынимая образцы асфальта.

Основание дороги

Хорошее основание — залог хорошей дороги.  В зависимости от предстоящего режима эксплуатации выбирается толщина щебеночного основания, количество слоев и размер щебенки.  При укладке каждый слой щебня необходимо уплотнятся катком.  Для повышения качества уплотнения основание проливают водой. Отец моего друга из Калиниграда  (Кёнигсберга) вспоминал. что перед укладкой брусчатки немцы проливали основание очень долго. Эти дороги простояли потом  по 40 лет без ремонта.

Георешетки и геотекстиль

Однако даже хорошо уложенное основание проседает: щебень уходит в песок, а песок перемешивается с грунтом, в верхнем слое появляется колея, на дороге образуются ямы .

Что бы этого избежать придумали армировать и разделять слои дороги. В 70-х годах 20 века придумали иглопробивной геотекстиль (в СССР он шел под названием «Дорнит»). Этот материал использовался на границе грунта с песком и не позволял этим слоям смешиваться, кроме того, в геотекстиле использовались дренирующие свойства, и он был способен выводить воду из полотна дороги. В тот момент это была прорывная технология.

Казалось, что она решает проблему некачественных дорог раз и навсегда. Но с течением времени нагрузки на автомобильные дороги возросли и применения геотекстиля стало уже недостаточным. Тогда стали применять плоская пластиковую георешетку между слоями песка и щебня. Эта технология дает эффект «заклинивания и фиксации». Щебень попадает в  решетку и создает очень плотный слой. Такой слой намного менее восприимчив к динамическим нагрузкам в различных плоскостях.

Георешетка в основании дороги
Георешетка в основании дороги надежно удерживает слой щебня

Строительство с использованием новых материалов получило в развитых странах повсеместное распространение. Так, в Канаде, стране с похожими на российские климатическими условиями, геотекстиль применяется более чем на 90% федеральных дорог, георешетка – на более чем 60%. В США похожая картина. В Германии вообще почти 100% дорог с асфальтобенным покрытием строится с использованием геотекстиля и более 80% дорог с дополнительным армированием георешеткой.

В последнее десятилетие свою инфраструктуру начал активно развивать Китай, и там также активно используют геоматериалы. Как же обстоят дела в России? В 2011 году в РФ на федеральных дорогах 1 и 2 категории геотекстиль использовался меньше, чем в 50% случаев, а плоская георешетка – менее чем в 10% случаев! Фактически мы продолжаем строить дороги по технологиям прошлого столетия.

Укладка покрытия

После того, как уложена основа из щебня, ее проливают специальной смоляной мастикой и приступают непосредственно к асфальтированию. Толщина асфальтобетонного покрытия так же, как и толщина щебеночного основания, зависит от интенсивности планируемой эксплуатации. Для придомовой территории обычной жилой многоэтажки, где движение фур не планируется, можно прекрасно обойтись одним слоем мелкозернистого асфальта толщиной 4-5 см.

Для более серьезных условий необходимо уложить два слоя асфальта – нижний слой из крупнозернистого асфальтобетона толщиной 4-5 см, а верхний – из мелкозернистого тоже 4-5 см. Третий слой асфальта укладывается для особо напряженных дорог. Для особо напряженных дорог под асфальт укладывается армирующая металическая сетка, которая перераспределяет нагрузку в верхнем слое. Слои асфальта сцепляются между собой битумной мастикой.

Асфальтобетонная смесь готовится на асфальтовых заводах. По большему счету это огромный миксер, который смешивает компоненты асфальтобетона и разогревает их. Заводы часто делаются мобильными, что бы сократить время доставки смеси, поскольку смесь укладывается в горячем виде.

Обычно на объект смесь доставляется самосвалами. . Из 1 т асфальта получается в среднем 10 м2 асфальтобетонного покрытия толщиной 4 см. Итак, асфальт привозят, затем вручную или с помощью специальных машин – асфальтоукладчиков – распределяют по заданной территории, разравнивают, планируют и уплотняют с помощью катков, виброплит, трамбовок.

Процесс укладки асфальта зависит от погоды. Нельзя укладывать асфальт в сильный дождь. Кроме того, асфальтобетонная смесь – продукт горячий. В горячем состоянии ее отгружают на асфальтобетонном заводе и как можно быстрее, не давая ей остыть, ее нужно довезти, выгрузить, укатать. Особенно это актуально для холодного времени года.

Мой отец рассказывал как после войны мальчишкой по он бегал по улицам и смотрел как работают пленные немцы.  Один из них, видимо инженер,  занимался асфальтированием дорог. Точнее, руководил процессом. Как то подъезжает самосвал с асфальтом. Немец достал из нагурдного кармана термометр  и   засунул в асфальт и говорит водиле:

  • Температура на два градуса ниже допустимой, я класть его не буду.
  • Ах ты фриц поганый! Я тебя до Берлина гнал, да я тебя сейчас придушу на месте!
  • Этот асфальт я использовать не буду. Ты остановился где-то по дороге, пивка попил. Асфальт остыл. Если я его положу — он через полгода слезет, рассыпется. Делай что хочешь…

Водила поплевался, потоптался, да уехал.

Дороги из кирпича

Благоустройство автомобильных дорог битым кирпичом является экономически выгодным мероприятием. Для этого используют как силикатный белый кирпич, так и керамические блоки.

Справка. При этом дорога из битого силикатного кирпича дольше сохраняет форму и имеет более длительный срок эксплуатации.

Битый кирпич имеет ряд преимуществ:

  • дешевый материал, такая дорога обойдется сравнительно недорого;
  • повышенная плотность помогает в образовании ровного покрытие в течение одного сезона;
  • благодаря свойствам, кирпич можно применять на болотистой местности.

Битый материал получают двумя способами. После сноса сооружений дробят кирпич, затем очищает его от мусора. Очищенный кирпичный бой объединяют в группы по фракциям и вывозят на строительные площадки. Второй способ получения колотого материала – это отбраковка на производстве. Его получают на заводах, где производится строительный материал. Ввиду того, что такой кирпич раньше не использовался, то и цена на него выше.

Битый кирпич используют для работ:

  • Строительство проселочных дорог с незначительной нагрузкой.
  • Образование полотна дороги и откосов.
  • Выравнивание площадок для автомобилей.
  • Восстановление проезжей части и пешеходных дорожек.

В некоторых случаях битый кирпич используют вместо щебня, при этом качество дороги не падает. Однако не рекомендуется использовать колотый материал на объектах, где это не соответствует нормам и предъявленным требованиям, согласно проектной документации.

Дороги из дерева

Дерево используется для временных дорог на болотистых местностях. Особенности материала и его вид влияют на выбор строительства дороги. Различают два вида:

  • сплошная дорога;
  • колейная дорога.

Сплошные покрытия состоят из хвороста или пучков прутьев, бревен, накатника или настила из жердей. Проезжая часть в ширину для одностороннего проезда устраивается от 4,5 м, для двустороннего – до 7 м. Колейную дорогу проектируют из брусьев, бревен или из крупных элементов, таких как щиты или лежни. Размер такой дороги будет зависеть от габаритов автомобилей, которые ее используют.

Деревянная дорога имеет незначительный срок службы, требует больших ресурсных затрат, в том числе и тяжелого ручного труда.

Справка. Для сплошных дорог применяют дерево любой местной породы, а для колейных – хвойные деревья.

Колейными дороги называют, потому что они имеют две отдельные колеи для движения транспорта. Каждая колея собирается из бревен, брусьев или пластин, которые укладывают вдоль оси. Материал крепится с помощью шпонок, накладок или фриз. Такая дорога имеет ряд преимуществ:

  • меньше затрат на строительство и доставку материала на площадку;
  • допустимая скорость движения транспорта до 30 км/ч;
  • все детали являются стандартными и заготавливаются предварительно;
  • дороги собирается из одинаковых элементов.

Дорога, выполненная из отдельных деревянных щитов, менее прочная и имеет срок эксплуатации короче, чем дорога из бревен. Конструкция щита представляет собой 3-4 доски, соединенные между собой гвоздями или деревянными планками. На сильно заболоченных местах щиты укладывают на специально приготовленные лежни из пластин или бревен.

Дороги из камня

Дорожное полотно из камня обладает высокой надежностью и продолжительным сроком эксплуатации. Брусчатый камень наделен отличной несущей способностью, в то же время имеет привлекательный вид и практически не изнашивается. По правилам строительства дорог брусчатку кладут на подушку из песка, что является отличным дренажом и препятствует размыванию покрытия.

Дорога из камня не имеет жесткой конструкции, каждый элемент может двигаться, что позволяет сохранить целостность полотна. Строительство дороги выполняется в несколько этапов:

  • камень сортируют по размерам;
  • подготавливают основание;
  • укладывают брусчатый камень;
  • выполняют расщебенку пустот;
  • утрамбовывают, засыпают готовое полотно песком и укатывают.

Строительство дороги из камня требует немалых финансовых вложений, к тому же укладывать камень могут только опытные специалисты. При этом каменная дорога требует тщательного обслуживания, что тоже выходит недешево. Мостовая имеет свойство проседать и вспучиваться при неправильно проведенной укладке.

Справка. При повышенной нагрузке от автотранспорта камень может раскалываться.

Брусчатка нуждается в правильно устроенном дренаже, иначе вода будет скапливаться в песке и размывать дорогу. Каменное покрытие имеет высокий уровень шума, езда по брусчатке вызывает вибрацию в автомобиле, что может привести к поломкам. К тому же сцепление колес во время дождя довольно низкое.

Основные правила укладки камня:

  1. Камень сажают в сухой песок и прижимают к соседнему элементу так, чтобы не образовывалась песчаная прослойка между камнями.
  2. В промежутки засыпают щебень мелкой фракции.
  3. Камни сажают узким концом в песок и утрамбовывают специальным резиновым молотком.
  4. Установленный камень соприкасается с другими в трех точках и образует треугольный зазор.

Правила установки брусчатки регулируются нормативными нормами и стандартами.

Дороги из плит

Выполнение дорожного полотна из плит имеет свои плюсы:

  • скорость строительства очень высокая;
  • четко соблюдая технологию установки плит, полотно может служить основой для асфальтной дороги;
  • затраты на возведения – минимальные. В качестве подготовки для плит используют подушку из песка и гравия;
  • бетонные плиты можно демонтировать и использовать повторно;
  • дорога из плит устанавливается в болотистой местности, где другой материал не способен служить продолжительное время.

При подготовительных работах по укладке плит сначала снимается верхний слой грунта, иногда дополнительно производят выемку небольшого количества земли.

Справка. Если дорога будет использоваться на постоянной основе, появляется необходимость в обустройстве дренажного слоя.

Затем сооружается подушка в качестве подстилающего слоя, укладывается щебенка и посыпается песком. Толщина подготовительных слоев зависит от количества и габаритов транспорта, а также от качества почвы в данной местности. Песок выравнивается, затем послойно уплотняется, а сверху с помощью автокранов устанавливаются бетонные плиты.

На завершающем этапе необходимо придавить плиты и обработать швы между ними. Швы засыпают песком для создания эффекта плавающей дороги. Или закрепляют с помощью сварки металлических петель сбоку плит. Бетонные дороги довольно функциональные, плиты используют для покрытия:

  • парковки автомобилей;
  • дорожек для пешеходов;
  • садовых и парковых троп;
  • площадок отдыха;
  • временных дорог для рабочего транспорта во время строительства.

Дорожные бетонные плиты должны быть изготовлены заводским способом. Для этого используется качественный железобетон, в который включают укрепляющую сетку из арматурных стержней.

Дороги из щебня

Насыпная транспортная дорога из щебня имеет значительные плюсы:

  • нет необходимости в использовании сложной техники для устройства;
  • отсутствие трат на дорогой асфальт, бетон и другие недешевые материалы;
  • для поддержания целостности покрытия достаточно подсыпать щебень и утрамбовать.

Для благоустройства дороги понадобится речной песок, щебень нескольких фракций и геотекстиль для подстилающего слоя. Речной песок используют из-за его высокого показателя плотности, к тому же он успешно выполняет функцию дренажа. На песок укладывается более крупный щебень в несколько слоев, при этом каждый слой отделяется геотекстилем. Затем посыпается мелкофракционным покрытием.

Каждый слой имеет свое определенное назначение. Песок пропускает влагу, крупный щебень, легко входя в песчаную подушку, образует крепкую основу. Последующий слой камня нужен для распределения нагрузки, получаемой от проезжающего транспорта. Верхний слой завершает конструкцию, выравнивая настил.

При соблюдении технологии устройства, конструкция получает высокую прочность и может служить долгие годы. Дождь или снег просто проникает через щебень, не разрушая основной части дороги. Создается неподвижность и плотность слоев, что делает полотно практичным. При этом не нужно забывать устраивать уклоны в сторону обочин.

Новые технологии в дорожном строительстве

К инновационным технологиям в дорожном строительстве относятся не только современные дорожно-строительные машины, системы нивелирования (подробнее о нивелировке можете посмотреть по этой ссылке), но и новые геосинтетические материалы, значительно улучшающие качество дорожного полотна, продлевают срок службы и снижают затраты на текущую эксплуатацию.

Основные виды геосинтетических материалов:

  • геотекстиль – рулонный материал, представляющий собой сплошное полотно с высокой прочностью, отличной фильтрующей способностью. Геотекстиль используют для реализации дренажной системы, укрепления грунта в местах строительства дорог;
  • георешетка служит для повышения прочности дорожного полотна, что предупреждает появление колейности от автомобильных колес;
  • геомат – применяется при строительстве подпорных стен, защиты откосов в дорожном строительстве.
  • геокомпозитные материалы, служащие для создания эффективных дренажных систем дорожного полотна.

[spoiler title=»Источники»]

  • https://TeploRes.ru/postrojki/tip-dorozhnogo-pokrytiya.html
  • https://FB.ru/article/387965/dorojno-stroitelnyiy-material-klassifikatsiya-svoystva-i-primenenie
  • http://Trans-Continental.ru/kak-stroyat-dorogi/
  • https://rovnayadoroga.ru/dorogi/materialy-dlya-stroitelstva-dorog.html
  • https://www.neva-nord.ru/article/45/

[/spoiler]