Цементобетонные покрытия автомобильных дорог имеют стабильные транспортно-эксплуатационные показатели и высокую долговечность, что дает им определенные преимущества перед асфальтобетонными покрытиями. В настоящее время в России построено ~10000км дорог с цементобетонным покрытием, для которых использовались дорожные и аэродромные цементобетоны. Они применяются для автодорожных и аэродромных покрытий, оснований под асфальтобетонные покрытия, возведения мостовых конструкций и труб.

    В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, т.к. покрытие работает на изгиб как плита на упругом основании. Поэтому главными характеристиками являются прочность бетона на растяжение при изгибе, а также прочность на сжатие и морозостойкость.

    Маркировку дорожных бетонов проводят по прочности и морозостойкости. По пределу прочности при сжатии классы дорожного бетона следующие: В5; 7,5; 10; 15; 20, причем для верхних слоев покрытий классы В22,5; 25; 30, а для нижних слоев В15и В20. В железобетонных конструкциях мостов классы бетона В15, 20, 30, 40 и 45. По пределу прочности при изгибе для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий В3 - 4, для нижних слоев двухслойных покрытий В2,5 – 3,5. Марки дорожного бетона по морозостойкости назначают в соответствии с климатическими условиями района строительства (табл.).

Выбор марки дорожного бетона по морозостойкости

    Поэтому главной задачей повышения качества дорожных цементобетонов является повышение прочности на изгиб, сжатие и, если это требуется климатическими условиями района строительства, улучшение морозостойкости.

Для повышения прочности на изгиб в состав дорожных и аэродромных бетонов вводят дисперсно распределенную арматуру в виде волокон различной длины и состава (фибробетоны). Используемые волокна должны быть стойкими в щелочной среде бетона. Для изготовления дорожных фибробетонов используют следующие волокна:

- минеральные (шлаковые, волокна из каменных расплавов);

- металлическую стружку из обычной или нержавеющей стали;

 - синтетические волокна из полипропилена, капрона и др.

Для повышения прочности при сжатии используют высокомарочные цементы и щебень из прочных магматических пород.

Существует множество способов повышения морозостойкости бетонов. Долговечность многих транспортных сооружений зависит от морозостойкости бетона, т.к. он в процессе эксплуатации подвергается многократному замораживанию, причем нередко в водонасыщенном состоянии. Примером таких сооружений являются плотины, бетонные покрытия дорог, опоры мостов, причальные сооружения и др. За осенне-зимне-весенний период в условиях нашего региона может быть 100 и более циклов перехода температуры воздуха через нулевую отметку. В результате фазового перехода воды в лед внутри бетона возникают внутренние напряжения, которые могут привести к разрушению структуры.

    Факторы, влияющие на степень морозостойкости бетона

Можно выделить следующие факторы, которые в основном определяют морозостойкость бетона:

1. Минералогический состав и вид цемента.

2. Водоцементное отношение бетонной смеси.

3. Условия твердения бетона.

4. Химические добавки в бетонную смесь.

Минералогический состав цемента. Состав цемента значительно влияет на морозостойкость бетона. Наиболее стойкими при действии мороза являются продукты гидратации алита – C₃S и белита C₂S. Значительно ослабляет морозостойкость наличие в клинкере цемента трехкальциевого алюмината – С₃А.

Содержание С₃А в цементе для получения бетонов повышенной морозостойкости не должно превышать 5%.

Наиболее стойкими при замораживании являются бетоны, приготовленные на сульфатостойком, гидрофобном и пластифицированном портландцементе. Бетоны на таких цементах обладают большей плотностью, а также более высокой степенью гидратации минералов цемента.

Водоцементное отношение бетонной смеси (В/Ц). Этот фактор является наиболее значимым. Чем выше В/Ц, тем больше пор в бетоне. Размер их также может значительно увеличиваться. Следовательно, больше воды содержится в поровом пространстве бетона при его водонасыщении. Для бетонов высокой морозостойкости В/Ц не должно превышать 0,5. При содержании в бетоне большого количества воды при его замерзании образуется много льда, возникают большие напряжения и бетон быстро разрушается.

Условия твердения бетона. Оптимальные условия твердения бетона – это положительная температура воздуха 10-15^оС, относительная влажность 90…100%. При таких условиях, исключающих испарение или замерзание воды затворения, особенно на ранних сроках твердения, достигается высокая степень гидратации минералов цемента. При этом повышается прочность и морозостойкость бетона в возрасте 28 суток.

Химические добавки в бетонную смесь. К ним относятся:

1. Пластифицирующие добавки. Например, суперпластификаторы типа С-3. Введение таких добавок в бетонную смесь резко увеличивает ее подвижность. В результате применения добавок можно получить, по крайней мере три положительных эффекта:

а) не изменяя состав смеси за счет увеличения ее пластичности можно получить более плотные бетоны при меньших затратах на уплотнение смеси. Иногда можно получить литые бетоны, отказавшись от виброуплотнения или укатки. Прочность бетона может при этом и не возрастать, но морозостойкость увеличивается за счет уменьшения общей пористости (в основном за счет уменьшения объема крупных пор);

б) сохраняя первоначальную подвижность смеси, можно уменьшить количество воды в смеси, т.е. понизить показатель В/Ц. Вследствие этого получают бетоны большей прочности и морозостойкости;

в) сохраняя В/Ц, можно уменьшить расход цемента при сохранении первоначальной подвижности смеси. Прочность бетона, скорее всего, не изменится, а за счет уменьшения объема цементной связки снижается общая пористость бетона, что должно привести к возрастанию морозостойкости бетона.

2. Гидрофобные добавки. К ним относятся мылонафт, асидол, кремнийорганические жидкости ГКЖ-10, ГКЖ-11 и др. (табл.2). Они придают поверхности пор гидрофобность, возрастает водонепроницаемость бетона за счет ухудшения смачиваемости бетона водой. Морозостойкость бетона должна возрастать.

3. Кольматирующие добавки. Снижение пористости бетона, и, как следствие, повышение морозостойкости может достигаться введением т.н. уплотняющих, или кольматирующих добавок, заполняющих поры бетона. К таким добавкам можно отнести химические добавки типа хлористого железа FeCl₃, которые в поровой жидкости бетона вступают в реакцию с Ca(OH)₂ с образованием осадка гидроксида железа. Этот осадок заполняет поры, что приводит к снижению пористости и повышению морозостойкости бетона. В качестве подобных добавок можно использовать битумосодержащие отходы (например, мягких кровель), из которых при термовлажностной обработке выплавляется битум и заполняет поровое пространство бетона, снижая его пористость.

4. Воздухововлекающие добавки. Эти добавки при замешивании бетонной смеси вовлекают в нее дополнительное количество воздуха, которое создает в бетоне так называемую резервную пористость. При замерзании вода через систему капилляров попадает в эти резервные поры под давлением растущего льда, и опасного давления на стенки пор бетона не возникает. Это приводит к увеличению морозостойкости бетона. В качестве воздухововлекающих добавок используют СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая), КТП (клей таловый пековый) и др. в дозировке 0, 005 – 0,03% от массы цемента.