Исследование истирания цементобетонных покрытий под действием шипованной резины

РЕФЕРАТ. Исследовано истирание цементобетонных покрытий под действием шипованной резины. Показано, что износостойкость используемого бетона повышается с увеличением прочности и размера фракций крупного заполнителя. Удаление слабой растворной части с поверхности покрытия позволяет замедлить его износ.

Ключевые слова: цементобетонное покрытие, бетон, крупный заполнитель, износостойкость.

Keywords: cement concrete pavement, concrete, coarse aggregate, wear resistance.

Опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог во многих странах мира показывает, что в условиях непрерывного роста грузонапряженности и увеличения скорости движения транспортных средств появление колеи — распространенный вид деформаций. В отличие от нежестких дорожных одежд образование колеи на цементобетонных покрытиях является следствием не пластических и остаточных деформаций, а износа и истирания поверхностного слоя бетона, особенно в зимний период, под действием шипованной резины [1—4]. Исследование влияния состава бетона, прочности щебня и размера его фракций, а также технологии строительства на истирание цементобетонных покрытий является актуальным.

Чтобы определить влияние воздействия шипованных шин на цементобетонное покрытие, были проведены испытания на легковом модуле универсального комплекса для испытаний дорожного покрытия и автомобильных шин КУИДМ‑2 «Карусель», построенного на территории учебно-­научного центра Московского автомобильно-­дорожного государственного технического университета (УИЦ МАДИ). Этот комплекс предназначен для проведения сравнительных испытаний дорожных покрытий и автомобильных шин в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

На круговом стенде «Карусель» были смоделированы реальные условия взаимодей­ствия шипованной шины с цементобетонным покрытием. Образцы изделий с такими покрытиями в виде сегментов — ​бетонных плит размером 100 × 120 см и толщиной 10 см — ​устанавливали на треке легкового модуля универсального кольцевого комплекса. Плиты подвергались многократному истирающему воздействию шипованной резины.

При приготовлении бетонных смесей (табл. 1) для строительства цементобетонных покрытий были использованы следующие материалы:

⋅ цемент ПЦ 500-Д0-Н по ГОСТ 10178—85 и ЦЕМ I 42.5Н по ГОСТ 31108—2016;

⋅ микрокремнезем МКУ‑95 (насыпная плотность 300—400 кг/м3);

⋅ щебень по ГОСТ 8267—93:

— из порфирита (фракции 5—15 мм);

— из габбро-­диабаза (фракций 5—10 и 10—20 мм);

— из габбро-­диабаза после электрогидро-динамического дробления (фракции 4—8 мм);

— из гранита (фракций 5—10 и 10—20 мм);

⋅ песок природный крупный I класса (мытый) по ГОСТ 8736—2014;

⋅ химические добавки:

⋅ воздухововлекающая добавка Micro Air 125;

⋅ замедлитель схватывания «Кюринг-­TAL».

Для плит из бетона составов 3 и 9 была проведена обработка поверхности свежеуложенного бетона щеткой с пластиковым ворсом для придания текстуры. Такую технологическую операцию часто выполняют при строительстве цементобетонных покрытий с целью повысить коэффициент сцепления покрытия с колесом автомобиля. Поверхность цементобетонного покрытия состава 8 очис­тили от растворной части металлической щеткой по технологии Washbeton для создания шероховатой поверхности.

Через каждые 25 тыс. проходов колеса с шипованной резиной по одному следу измеряли глубину колеи трехметровой рейкой с клиновым промерником. Максимальное чис­ло проходов колеса с шипованной резиной составило 250 тыс.

В результате выполненных исследований установлено, что наибольшую износостойкость продемонстрировали покрытия из бетона составов 8 и 6, изготовленные с применением в качестве крупного заполнителя порфирита фракции 5—15 мм. После 250 тыс. проходов колеса с шипованной резиной средняя глубина колеи на цементобетонных покрытиях составила соответственно 4,67 и 5,03 мм. Кроме того, отметим, что применение технологии Washbeton — ​«обнажение» крупного заполнителя на поверхности дорожного покрытия — ​позволило замедлить истираемость бетона под действием шипованной резины при удалении с поверхности покрытия растворной части. Низкую износостойкость показали покрытия, изготовленные из бетона составов 1 и 5 с применением щебня мелких фракций из габбро-­диабаза фракции 4—8 мм и гранита фракции 5—10 мм. Средняя глубина колеи на рассматриваемых цементобетонных покрытиях соответственно составила 10,50 и 8,17 мм (рис. 1).

Рис. 1. Глубина колеи на цементобетонных покрытиях после 250 тыс. проходов легкового автомобиля с шипованной резиной по одному следу

При первых 25 тыс. проходов колеса с шипованной резиной была зафиксирована большая истираемость всех цементобетонных покрытий, за исключением покрытия из бетона состава 8. В этот период истирается растворная часть, образующаяся на поверхности покрытия при его устройстве. Наибольшую истираемость пос­ле первых 25 тыс. проходов колеса показали покрытия, изготовленные из бетона составов 3 и 9 (с применением гранитного щебня). На покрытиях указанных составов была проведена обработка поверхности свежеуложенного бетона щеткой с пластиковым ворсом. В дальнейшем износ этих цементобетонных покрытий замедлился (рис. 2).

Рис. 2. Колея на цементобетонном покрытии кольцевого трека

Результаты испытания показали, что значительное влияние на износ цементобетонных покрытий под действием шипованной резины оказывают прочность щебня и размер его фракций. Применение прочного заполнителя (порфиритов) и оптимальных его фракций позволяет снизить истирание цементобетонных покрытий под действием шипованной резины в 1,5—2,0 раза.

Заключение

В результате выполненных исследований установлено следующее:

1) размер фракций крупного заполнителя в бетоне оказывает влияние на износ цементобетонных покрытий. С увеличением размера фракций щебня износостойкость бетона повышается;

2) износ цементобетонных покрытий под действием шипованной резины зависит от прочности щебня. Применение прочного заполнителя (порфиритов) с оптимальным фракционным составом при приготовлении бетона позволяет уменьшить истирание таких покрытий в результате воздействия шипованной резины в 1,5—2,0 раза. Строительство двухслойных цементобетонных покрытий обеспечит в значительной степени сокращение расхода дорогостоящего щебня за счет его применения только в верхнем слое по­крытия;

3) удаление с поверхности покрытия слабой растворной части по технологии Washbeton позволяет замедлить износ цементобетонного покрытия под действием шипованной резины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ушаков В. В., Дьяков Г. Г. Исследование истираемости цементобетонных покрытий автомобильных дорог // Наука и техника в дорожной отрасли. 2014. № 1. С. 30—32.

2. Бородин Р. К. Обзор мирового и отечественного опыта оценки влияния шипованных шин на дорожное покрытие //Дороги и мосты. 2018. № 1 (39). С. 14.

3. Ушаков В. В. Современные тенденции развития автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями печатный // Дорожная держава. 2018. № 86. С. 37—39.

4. Ushakov V., Jelagin D., Dyakov G., Dmitriev S., Goryachev M. Field evaluation of rutting in concrete pavements // Conference series: Materials sci. and engineering. 2020. Vol. 832.