Устройство сборных дорожных покрытий тротуаров и пешеходных дорожек

Еще в древние времена с развитием гужевого транспортапоявилась необходимость в создании тротуаров. Раскопки, произведенные в Помпеяхи других древних городах мира, показали, что тротуары существовали какнеотъемлемая часть улиц. Римляне, греки и славяне устраивали тротуары изквадратных естественных каменных плит (гранит, известняк, песчаник). Такиеплиты римляне применяли также для строительства дорог, многие из которыхсохранились до наших дней.

В XVII–XVIII вв., когда начался новый подъем в дорожномстроительстве, для дорожных одежд стали применять более дешевый материал –щебень или пакеляж. Для тротуаров же плиты из естественных камней оставалисьединственным строительным материалом. В Санкт-Петербурге, Екатеринбурге идругих городах сохранилось много тротуаров из квадратных гранитных плит,устроенных в XVIII веке.

И только в конце XIX и начале ХХ века для строительстватротуаров начали активно использовать цементно-бетонные и асфальтобетонныеплиты.

За последние годы широкое распространение получили покрытиясадово-парковых дорожек и различных площадок из сборных бетонных и каменныхплит. Такие покрытия очень удобны и экономичны в эксплуатации.

Применение различных по форме и размерам плит, изготовленныхиндустриальным способом, создает необходимый декоративный эффект.

К достоинствам сборных покрытий из бетонных и каменных плитотносится то, что плиты остаются твердыми даже в жаркую погоду, они не пылят ине испускают вредных паров. Такие покрытия с поверхностной шагренью и во времядождей не становятся скользкими. Сборные плиточные покрытия – не сплошные, какасфальтобетонные покрытия, и через зазоры между плитами в почву поступают водаи воздух, что является благоприятным фактором, улучшающим микроклимат участка.

Опыт строительства и эксплуатации сборных дорожных покрытийпоказал следующие их положительные качества:

сокращение трудоемкости работ на строительной площадке(устраняются работы по укладке бетона, уплотнению и уходу за ним);

возможность устройства сборных покрытий практически втечение всего года, в то время как устройство монолитных бетонных покрытий взимнее время требует дополнительных дорогостоящих мер или вообще невозможно;

высокое качество плит, изготовляемых заводским способом, засчет хорошо отработанной технологии;

внедрение механизации и автоматизации;

постоянство состава бетона;

регулирование внутренних температурных напряжений;

тщательный лабораторный контроль качества;

возможность транспортирования плит на любые расстояния и влюбое время года;

возможность многократного использования плит сборныхпокрытий (до 6–8 раз).

Однако наряду с положительными качествами сборные покрытияимеют и существенные недостатки:

трудность соблюдения ровности покрытия вследствие больших допусковпо толщине плит (±5 ммпод 3–5-метровой рейкой) и аналогичных допусков по ровности основания;

плохое контактирование плит с основанием вследствие наличиядопусков по толщине плит и ровности основания, в результате чего возникаетперенапряжение плит и нарушение ровности покрытия;

большое количество швов, слабая устойчивость отдельныхнеомоноличенных и концевых плит по границам секций;

более низкая производительность труда при монтаже сборногопокрытия по сравнению с устройством монолитного покрытия;

сравнительно высокая стоимость сборных покрытий,превосходящая в среднем на 25–30 % стоимость равнопрочных монолитных бетонныхпокрытий.

Основанием для цементно-бетонных сборных тротуарных покрытийможет служить хорошо укатанный щебень, гравий или песок. Толщина основания 8–15см; для его выравнивания насыпают слой мелкозернистого песка толщиной 2–3 см.Для повышения устойчивости покрытий выравнивающий слой можно устраивать насухой цементно-песчаной смеси в соотношении 1:12. Швы между плитами заполняют этойже смесью.

Плиты располагают в рядовом, диагональном или шахматномпорядке. Их укладывают вплотную друг к другу, составляя ячейки размером 2 х 2 м и более. Между последнимиделают температурные швы 1–1,5 см.

Сборные покрытия устраивают на основаниях из кирпичного боя,щебня или шлака слоем 10–15 см, поверх которого перед укладкой плитокраспределяют тощий цементный раствор (Ц + П = 1:9) слоем 2–3 см. Плиткиукладывают вручную. Производительность одного рабочего достигает 5–6 м2/ч.

Тротуарные плиты изготовляют на специальных заводах методомштампования с помощью гидравлических прессов, благодаря чему достигаютоднородности структуры. После изготовления плитки подвергают нормальномутвердению во влажном состоянии в штабелях в течение нескольких дней до набораотпускной прочности, которая в летнее время равна 70 % от марочной прочности, ав зимнее – 100 %.

Рассмотрим традиции изготовления аналогичных тротуарных плитв европейских странах.

Характерной особенностью тротуарных плит, применяемых вНидерландах, является то, что их изготовляют из двухслойного бетона. Верхний,наиболее прочный истираемый слой выполняют из бетона с гранитным илибазальтовым заполнителем. Нижний слой делают из цементного раствора или избетона, но с менее прочными заполнителями.

В ФРГ существует специальный стандарт на тротуарные плиты(DIN 485), утвержденный еще в 1934 году и действующий до сих пор. В этомстандарте регламентированы основные и вспомогательные элементы, которыенеобходимы при диагональном методе укладки плит. По указанному стандарту плитыдолжны иметь ровные края, при простукивании издавать чистый звук, не иметьтрещин. Все плиты делят на два класса: с прочностью на изгиб 5 МПа (50 кгс/см2)и с потерей объема при истирании не более 15 см3 с поверхности 50 см2;с прочностью на изгиб не менее 3,5 МПа (35 кгс/см2) и с потерейобъема при истирании не более 26 см3 с той же поверхности.

Испытанию подвергают до 0,1 % общего количества плит.Прочность плиток при изгибе испытывают при установке их на две опоры, отстоящиеот краев плиток на 5 см.Усилие передается с помощью круглого стального стержня радиусом около 10 мм, устанавливаемогопосередине плиты, параллельно опорам. Нагрузка Р должна ежесекундновозрастать на 300 Н.

Разрушающее напряжение s = М/W, М = РL/4*, W =bh2/6,

где: М – изгибающий момент в Н, см; W – моментсопротивления, см?; L – расстояние между опорами, см; b – ширинаплиты, см; h – толщина плиты, см.

В расчет принимается средняя величина из пяти испытаний, приэтом ни одно из показаний не должно быть меньше чем на 20 % указаннойнаибольшей прочности на растяжение при изгибе.

* При испытании плит в соответствии с ГОСТ17608 изгибающий момент М = Рl/6.

Для определения истираемости используют части плиток,полученные после испытания их на изгиб. Для испытания служит специальный кругистирания с частотой вращения 30 мин-?. При испытании круг должен сделать 110оборотов, затем подсчитывают потерю объема (массы) призматического образца споверхностью истирания в 50 см2. Результат должен быть получен как среднее из данныхтрех испытаний, при этом ни одно из них не должно быть больше чем на 20 %среднего значения. Кроме того, определяют и морозостойкость бетона,используемого для изготовления тротуарных плиток. Испытание производят на пятиобразцах, полученных после испытания на изгиб. Все образцы после 25-кратногозамораживания при –15 оС и оттаивании при +15 оС недолжны иметь ни трещин, ни шелушащихся внешних поверхностей.

Техника укладки тротуарных плит не отличается от российской.Бетонные плиты укладывают на гравийное или щебеночное основание толщиной 8–10см и выравнивающий слой 1–3 см из тощего известкового раствора. Швы междуплитами также заполняют тощим известковым раствором.

Тротуарные плиты можно изготовить как из белого, так и изсерого цементов, предварительно смешав цемент с щёлочестойким пигментом.Наиболее экономичным окрашиванием является применение в качестве красящейдобавки смеси цветного портландцемента и пигмента. Возможно использование вкачестве вяжущего вещества цветного цемента, в расчётном количестве согласнорецептуре, но это более дорогой вариант.

Рассмотрим качественные характеристики цветныхпортландцементов и ожидаемые трудности, сопряжённые с их применением.

Качество декоративных портландцементов, выпускаемых внастоящее время промышленностью, еще не отвечает высоким требованиям, которыепредъявляет к ним строительная индустрия. В частности, в процессе службыизделий из цветных цементов на их поверхности появляются высолы,ухудшающие декоративность отделки.

До настоящего времени не разработаны способы, эффективноснижающие выделение высолов на поверхности твердеющего цементного камня, таккак не выявлены закономерности процесса высолообразования, знание которыхпозволит научно обоснованно подойти к решению проблемы высолов.

Высолообразование – процесс диффузионный,определяемый не содержанием в цементе водорастворимых солей и Са(ОН)2,а плотностью цементного камня.

Установлена взаимосвязь процесса высолообразования сусловиями гидратации цемента. Выявлено, что повышение влажности итемпературы (свыше 40 оС) среды твердения усиливаетвысолообразование. Наибольшее количество высолов образуется в первую неделютвердения цветного цемента.

Минералогический состав цементного клинкера оказываетопределенное влияние на процесс высолообразования. Увеличение в цементномклинкере содержания С2S (n = 3,6 при КН<0,85) или С3S(n<2,5 при КН = 0,90) способствует снижению высолообразования. Ещебольшее снижение высолообразования достигается при повышении плотностицементного камня с увеличением содержания силикатов (n > 3,6 при КН = 0,90).Из этого следует, что, покупая портландцемент, необходимо оценить егоминералогический состав.

Исследованием диффузии гидрооксида кальция с помощью методамеченых атомов установлено, что процесс высолообразования определяетсяспособностью гидрооксида кальция перемещаться в цементном камне, его жеколичество играет меньшую роль.

В связи с этим эффективным является способ снижениявысолообразования за счет уменьшения подвижности гидрооксида кальция,что достигается введением в цемент кремнийсодержащих добавок.

Снижает высолообразование уплотнение цементного камня. Уменьшениемакропористости на 2–3 % снижает высолообразование на 35–50 %. Такимобразом, предпочтительнее применять цементы, в том числе цветные, с низкойводопотребностью (чем меньше значение нормальной густоты цемента, тем лучше).

Цементы повышенной высолостойкости можно получать призаводском помоле, используя активные минеральные добавки для связыванияреакционной извести, а также функциональные добавки, способствующие уплотнениюцементного камня из данного цемента.

Эффективность гидравлических добавок обусловлена не толькоих активностью, но и влиянием на плотность цементного камня.

Введение кремнийорганических соединений типаполиорганилсилоксановых жидкостей при помоле клинкера белого портландцемента,интенсифицируя этот процесс на 10–25 %, позволяет получить цемент повышеннойвысолостойкости, гидрофобности и механической прочности. С уменьшением длиныцепи органического радикала наблюдается некоторое повышение эффективностидействия за счет лучшей адсорбции на цементных частицах.

Введение функциональных комплексных добавок в цемент приизготовлении бетонной смеси ускоряет процесс твердения цементного камня,увеличивает его плотность и способствует образованию гидрооксида кальция вактивном аморфном состоянии, что и повышает высолостойкость цемента. Возрастаеттакже морозостойкость и механическая прочность цементного камня на 10–20 %, на3 % снижается пористость.

Портландцемент белый (неокрашенный) приобретаетгидрофобность, что способствует уменьшению его водопотребления вдвое.

С введением пигментов плотность цементного камня уменьшаетсяи усиливается процесс высолообразования в виде белых налетов, которые видны нацветной поверхности.

В настоящее время предложено много способов и приемовснижения высолообразования: уменьшение водоцементного отношения, правильныйподбор исходных материалов, использование чистых заполнителей, хорошееперемешивание составляющих, соблюдение условий твердения.

Для ликвидации высолообразования хорошо ввести в составцветных цементов акрилат кальция и мальтозную кислоту. Эти вещества, находясь вжидкой фазе цементного раствора, вступают в реакцию с ионами Са, Na, К иобразуют нерастворимые соли, в результате чего уплотняется структура,уменьшается испарение воды, что способствует предотвращению выцветания камня.

Исследования выцветов на поверхности двух бетонов – плотногои пористого, изготовленных на подкрашенных цементах, показали, чтонезначительные выцветы дают бетоны на пуццолановых цементах и совсем не даютшлакопортландцементы. Для предотвращения выцветов следует избегать избытка водызатворения и конденсации ее на поверхности изделия.

Процесс высолообразования, происходящий за счет молекулярнойдиффузии, описываемой уравнениями Фика, может быть устранен за счет ввода вцемент одновременно активных добавок и поливинилацетатной эмульсии.

Цветным цементам свойственна склонность к усадочнымявлениям, что вызывает необходимость изготовления растворов и бетонов накачественных заполнителях при относительно меньших удельных расходах цемента.

Возникновение в процессе твердения усадочных деформаций имикротрещин, через которые происходит миграция гидрооксида кальция наповерхность и последующая карбонизация, способствует течению процессавысолообразования.

Хорошие результаты можно получить, окрасив серый цемент вбелый диоксидом титана рутильной формы в количестве не более 6 %. Введениедиоксида титана повышает прочность цементного камня. Это особенно важно приизготовлении цветных бетонов в условиях отсутствия белого цемента. Технологияпроизводства всегда обусловлена экономическими расчётами.

Рассмотрим методику подбора состава бетона на конкретныхсырьевых материалах. В экспериментах были использованы:

портландцемент марки “400” Щуровского цементного завода,

кварцевый песок из Марфино с естественной влажностью 2 % имодулем крупности 1,7,

гранитный щебень Мансуровского месторождения.

На испытания изготовили кубы 10 х 10 х 10 см.

Состав бетона “М-200”: Ц + П + Щ + В = 310 + 765 + 1100 +206 (без учета влажности на естественно мокрые заполнители). О.К.= 8,5 см.

Состав пескобетона “М-200”: Ц + П + В = 349 + 1477 + 315 (сучетом влажности на сухие заполнители). R сж. 7 сут.= 150 кг/см2.О.К.= 8,0 см.

Состав пескобетона “М-200”: Ц + П + В = 367 + 1456 + 316 (сучетом влажности на сухие заполнители). R сж. 7 сут.= 175 кг/см2.О.К.= 8,0 см.

Состав пескобетона “М-100”: Ц + П + В = 256 + 1538 + 323 (сучетом влажности на сухие заполнители). R сж. проп.= 62 кг/см2.О.К.= 7,0 см.

Состав пескобетона “М-100”: Ц + П + В = 316 + 1513 + 314 (сучетом влажности на сухие заполнители). R сж. проп.= 80 кг/см2.О.К.= 7,0 см.

В статье приведёны составы бетона в широком диапазоне. Выборза вами. Желаю удачи!

Таблица. РЕЗУЛЬТАТЫ подбора состава бетона для изготовлениятротуарных плит

Вх.№	Проектный состав бетона, кг/м3				Расчётный объем замеса, л	Расход материалов на замес, кг				?о, кг/л	Фактический объем замеса, л	О.К., см, подви- жность	В/Ц	Фактический состав бетона на 1 м3, кг				R, кг/см2, про- парка	R, кг/см2, в 7 сут.
	Ц	П	Щ	В		Ц	П	Щ	В					Ц	П	Щ	В
1/19* х	510	610	1100	180	6	3,06	3,7	6,65	1,3	2,395	6,142	8/ П 2	0,42	498	602	1082	212	409	374
2/19* хх	510	610	1100	180	6	3,06	3,7	6,65	1,35	2,345	6,294	9/ П 2	0,44	486	588	1057	215	361	358
3/19*хх	490	630	1100	180	6	2,94	3,8	6,65	1,35	2,35	6,272	12/П3	0,458	469	606	1060	215	281	278
4/19*хх	460	660	1100	180	6	2,76	4,0	6,65	1,2	2,35	6,217	8,5/П2	0,43	444	643	1067	193	284	321
1/26*хх	410	680	1070	200	40	16,4	27,2	42,8	8,25	2,37	39,94	8,5/П2	0,5	410	681	1071	206	152+	267
2/26* х	390	700	1070	200	40	15,6	28,0	42,8	8,25	2,39	39,6	8,5/П2	0,53	394	707	1080	208	141+	279
3/26* 50/50	400	690	1070	200	40	16,0	27,6	42,8	8,25	2,36	40,1	8/П2	0,52	399	688	1067	206	119+	223

Примечание. * – песок обогащенный, ГОСТ 8736-93, остаток насите 0,63 мм– 39,1 %, М кр = 2,45 мм, содержание глинистых – 1,1 %, объемнонасыпной вес –1,5 т/м3 , W = 1 %, Кл. радиоактивности Бк/кг – 33. Поставка с ЗАО“Петровский карьер”,

152130, п. Петровск Ярославской области, Сосновая ул., 4,ж.д. ст. Сильницы Северной ж-д, паспорт № 75 от 15 апреля 2006 года

х – щебень из гранита, ГОСТ 8267-93, фракция 5–20см, остатки на контрольных ситах: 1,25 Dнаибольший = 0.4 мм, Dнаибольший = 7,7 мм, 0,5Dнаибольший-наименьш.= 77,5 мм, песок местный Мкр = 1,7, остаток на сите 0,16–18 %

Dнаименьший = 98,2 мм, содержание лещадки – 28,5 %, сод.пылевидных частиц – 0,9 %, сод. слабых пород – 4,2 %, марка по дробимости–1200, МРЗ “300”,сод. вредных примесей – 7,92 ммоль/л, ?о=1,416 т/м3,1-й классприменения. Производитель – ОАО “Олкон”, адрес: 184284, г. ОленегорскМурманской области, Ленинградский проспект, дом 2.

хх – щебень из гравия, ГОСТ 8267-93, сод.глинистых – 1,0 %, МРЗ “200”,1-й класс применения, марка по дробимости “800”, ?о = 1,5 т/м3. Производитель –Сычевский ГОК (Вязьма);+ – прочность при сжатии в 2 сут. нормальноготвердения ПЦ “М-500”