О ПРИМЕНЕНИИ ЦЕМЕНТОБЕТОНА ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НА ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Ш. Н. ВАЛИЕВ,
к. т. н., профессор кафедры «Мосты, тоннели и СК» МАДИ, генеральный директор ООО «МИП «НИЦ Мостов и Сооружений» МАДИ;

И. Г. ОВЧИННИКОВ,
д. т. н., профессор базовой кафедры «АО Мостострой-11» Тюменского индустриального университета (ТИУ), профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты» Пермского национального исследовательского политехнического университета» (ПНИПУ)

ПРЕОБЛАДАЮЩИЕ НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ МОСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ С АСФАЛЬТОБЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ, К  СОЖАЛЕНИЮ, ВЫЗЫВАЮТ ОЧЕНЬ МНОГО ВОПРОСОВ. ТРАДИЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ ЕЗДОВОГО ПОЛОТНА НЕ ПОЛНОСТЬЮ УДОВЛЕТВОРЯЮТ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ. ПОЭТОМУ НЕОБХОДИМО ДАЛЬНЕЙШЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ЕЗДОВОГО ПОЛОТНА НА МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЯХ. В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ СООБЩЕСТВЕ ДОВОЛЬНО ЧАСТО ОБСУЖДАЕТСЯ ВОПРОС ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕМЕНТОБЕТОНА ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЯХ. ИССЛЕДОВАНИЯ В ЭТОМ НАПРАВЛЕНИИ ПРОВОДЯТСЯ В МАДИ.

ПРОБЛЕМЫ И ПРИМЕРЫ

Технико-эксплуатационные качества мостовых сооружений на автомобильных дорогах регламентируются современными нормативными документами и должны обеспечивать комфортность и безопасность всех участников движения. Однако выполнение приводимых в нормах требований достаточно часто оказывается невозможным, в том числе, по установленным нормативным межремонтным срокам. Основной причиной этого является несовершенство конструкции одежды ездового полотна из асфальтобетонных смесей, которая в основном применяется при строительстве и ремонте мостовых сооружений.

Так, согласно результатам экспертизы дорожной конструкции и системы водоотвода на правом путепроводе, расположенном на км 53+800 автомобильной дороги М-7 «Волга» в Московской области, через год после ремонта мостового полотна на покрытии проезжей части возникли повреждения (рис. 1а) и перестала работать дренажная система водоотведения, что в дальнейшем существенно повлияет на состояние нижележащих конструкций сооружения и приведет к сокращению их срока службы. Аналогичные проблемы возникли и в покрытии проезжей части моста через бухту Золотой Рог во Владивостоке. Через три года после сдачи объекта в эксплуатацию начало происходить разрушение покрытия, верхний слой которого был устроен из щебеночно-мастичного асфальтобетона (рис. 1б).

В настоящее время планируется выполнение капитального ремонта дорожной одежды на данном мосту, и проектная организация обратилась в МАДИ, с предложением разработать специальные технические условия по проектированию новой конструкции дорожной одежды и технологии ее устройства на этом мостовом сооружении с учетом соблюдения нормативных требований и межремонтных сроков.

Результаты обследований мостового полотна в различных регионах РФ, выполненные специалистами МАДИ, показывают, что на многих автодорожных мостах с железобетонной и металлической ортотропной плитой проезжей части с дорожной одеждой из асфальтобетона не обеспечивается нормативная долговечность. Положение усугубляется тем, что кроме экстремальных воздействий подвижного состава, имеют место климатические и агрессивные воздействия, особенно в осенне-зимний период при борьбе с гололёдом песчано-солевыми растворами. Все это приводит к разрушению и необходимости переустройства дорожной одежды через 3-5 лет, а то и раньше, в то время как в европейских странах такие покрытия служат при соответствующем содержании до 1520 лет. Следует отметить, что в РФ также имеется опыт устройства дорожной одежды на мостовых сооружениях со сроком эксплуатации 15 и более лет.

В настоящее время дорожная одежда на мостовых сооружениях устраивается в основном из асфальтобетонных смесей, которые используются при устройстве покрытий и на автомобильных дорогах. Попытки применения щебеночно-мастичного асфальтобетона на мостах, к сожалению, оказались неудачными.

Дело в том, что условия эксплуатации асфальтобетонного покрытия на мостовых сооружениях значительно отличаются от условий их работы на автомобильных дорогах. Поэтому требуется разработка особых конструкций дорожных одежд с применением асфальтобетонных или цементобетонных смесей, которые могли бы соответствовать условиям работы на мостовых сооружениях.

Если рассматривать вариант устройства цементобетонных дорожных одежд на мостах, то имеется достаточно много примеров их успешного применения при строительстве и эксплуатации мостовых сооружений в различных природно-климатических условиях РФ. Например, специалисты МАДИ проводили обследование двух мостов на а/д Р-504 «Колыма» через р. Куланда км 480+942 и через р. Сегенях, км 579+409, конструкции проезжей части на которых выполнены из бетона и сталефибробетона. С 2015 года дорожная одежда на этих мостах находится в отличном состоянии, хотя в целом трасса, на которой они расположены, выдерживает очень высокие нагрузки, прежде всего, из-за движения тяжелого транспорта (рис. 2). Следует отметить, что на всех мостах дороги Р-504 «Колыма» покрытие выполнено из цементобетона. Другой пример — мост постройки 1972 года через реку Оку в Рязани. По данным диагностики 2017 года, проезжая часть моста, выполненная из гидрофобного бетона, и через 45 лет оставалась в пригодном для эксплуатации состоянии (рис. 3). Конечно, после такого долгого срока службы на покрытии сооружения были выявлены повреждения, которые, однако, можно устранить с использованием инновационных безусадочных ремонтных материалов.

Дорожная одежда на проезжей части автодорожных мостов должна соответствовать следующим требованиям:

• иметь достаточное сопротивление износу;
• быть устойчивой к воздействию нефтепродуктов, воды и минеральных солей;
• иметь слабую восприимчивость к воздействию погодных условий;
• иметь способность деформироваться, сохраняя структуру;
• обеспечивать сопротивление скольжению;
• обладать необходимой жесткостью, ровностью и устойчивостью к старению;
• надежно защищать и изолировать нижележащие конструкции.

Из-за различных требований к конструктивным слоям одежды ездового полотна на мостах в настоящее время эффективным считается разделение выполняемых функций между этими конструктивными слоями. При этом все конструктивные слои имеют различные физико-механические свойства, которые малосовместимы с бетоном и металлом. Например, величина коэффициента линейного температурного расширения металла ортотропной плиты проезжей части пролетного строения имеет намного большее значение, чем у слоя гидроизоляции и асфальтобетона. Поэтому возникающие неравномерные сдвиговые температурные напряжения приводят к ослаблению сцепления между различными конструктивными слоями и к их постепенному разрушению. Так, в июле 2021 года на эстакаде в Москве на Ленинском проспекте в условиях аномальной жары возникли повреждения на асфальтобетонном покрытии (колея, наплывы), затрудняющие проезд транспорта (рис. 4).

В подобных случаях более надежным решением представляется устройство дорожной одежды из цементобетона. Слой дорожной одежды из цементобетона распределяет нагрузку на большую площадь по сравнению с дорожной одеждой из асфальтобетона, он имеет одинаковый или близкий коэффициент линейного температурного расширения с железобетонной или металлической плитой проезжей части мостового сооружения.

Преимущества применения цементобетона на проезжей части мостовых сооружений:

• отсутствие деформаций при эксплуатации и воздействии погодных условий;
• высокая светоотражающая способность, т. е. более безопасная езда;
• долговечность (30 лет и больше);
• снижение стоимости (более 35% в течение 30-50 летного жизненного цикла).

Согласно СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы» (п. 5.66) при применении цементобетона для устройства дорожной одежды на проезжей части ее толщину принимают не менее 120 мм, причем используется бетон с водоцементным отношением не выше 0,42, классом по прочности на сжатие не ниже В30, маркой по водонепроницаемости не ниже W8 и маркой по морозостойкости F300 при испытаниях в хлористых солях. На пролетных строениях мостовых сооружений дорог IV, V категорий допускается в качестве дорожной одежды применять сборные железобетонные плиты толщиной не менее 120 мм поверх цементно-песчаной смеси (1:1) толщиной не менее 50 мм, уложенной непосредственно на гидроизоляцию. Стыки между плитами должны быть герметизированы битумнополимерной мастикой (Изменение № 1).

К сожалению, эти нормируемые параметры приведены без достаточного обоснования и требуют проведения дополнительных исследований и испытаний.

На автомобильных дорогах с цементобетонным покрытием (например, на участке 55-70 км автомагистрали М-4 «Дон») на мостовых сооружениях уложен асфальтобетон. При этом наблюдается отличие в цвете покрытий. При скорости 130 км/ч это само по себе может отрицательно влиять на безопасность движения, так как способствует негативному восприятию водителем условий движения. К сожалению, на такие нюансы мало кто обращает внимание.

Также отметим, что к настоящему времени уже доказано, что на мостовых сооружениях при устройстве пере

В настоящее время в МАДИ проводятся научные исследования с целью доказать, что устройство цементобетонной дорожной одежды на проезжей части мостов может быть более эффективным по сравнению с дорожной одеждой из асфальтобетона. Совместно с проектировщиками и производителями материалов планируется разрабатывать специальные составы для устройства цементобетонных дорожных одежд на мостовых сооружениях. В МАДИ имеются современные профессиональные стенды для проведения необходимых испытаний (рис. 5), выполнены предварительные расчеты по сравнению поведения асфальтобетонных и цементобетонных дорожных одежд на мостовых сооружениях.

При этом было установлено, что при использовании цементобетона для устройства дорожной одежды на мостах можно значительно сэкономить в материалах несущих конструкций мостовых сооружений за счет включения дорожной одежды в работу пролетного строения.