Ремонт швов цементобетонных покрытий дорог в США

Ремонт швов по методу Иллинойского университета.

В штате Нью-Йорк (по данным исследователя Bernard D.V.) восстановлен участок на межштатной дороге с покрытием протяженностью 6 км, прослужившим 17 лет. Восстановление покрытия включало его шлифование со срезанием на конус у поперечного шва, установку специальных элементов в швы для передачи усилий с плиты на плиту, герметизацию швов.

Рекомендуемые конструкции штырей использовали в 76 поперечных швах. Их группировали по 4 или 8 шт., омоноличивали полимербетоном по полимерной подгрунтовке.

Шлифовку покрытия алмазными дисками проводят с целью улучшения сцепления нового и старого покрытия и удаления отдельных неровностей.

Для передачи усилий с плиты на плиту Иллинойским университетом были предложены два специальных приспособления. Первое из них представляет собой деталь специальной формы, вставляемую в высверленные отверстия-керны со стандартным диаметром 15 см. В шве устанавливали по 3-4 таких приспособления (см. рис. 1).

Второе приспособление представляет собой композицию из 4 или 8 двутавровых элементов, покрытых эпоксидным составом, длиной 45 см, которые укладывались в специальные прорези, устроенные перпендикулярно шву. Оно использовалось для удержания штырей в строго параллельном положении по отношению к центральной линии дороги. Для заделки арматуры в первом и втором случаях использовали полимербетон. Движение транспортных средств открывали через 2 ч.

Приспособление для установки в высверленные по центру поперечного шва керны представляет собой металлический элемент из нержавеющей стали, покрытой эпоксидной смолой (см. рис. 2). Перед установкой приспособления на стенки керна наносится полимерная грунтовка. Глубину керна определяют таким образом, чтобы элемент был установлен ниже поверхности покрытия на 2,5-3 см. Этот зазор необходим для устройства герметизации шва. Для соблюдения этого условия приходится высверливать керн в основании, при этом необходимо очистить стенки керна от загрязнения разрушенным материалом основания. Для получения шероховатой поверхности стенки керна обрабатываются пескоструйным аппаратом. С целью предохранения от воздействия пескоструйного аппарата на основание укладывается пластмассовый диск с диаметром, несколько меньшим, чем диаметр керна. По окончании пескоструйной обработки диск вынимается и разрушенные остатки бетона удаляются. К стенкам керна приклеивается липкая лента, препятствующая попаданию укладываемой бетонной смеси в керн и в шов за пределами керна. На дно керна помещается пластмассовый диск для предотвращения адсорбции полимербетона в основание дорожной одежды (см. рис. 3). Стенки керна подгрунтовываются полимерным раствором. В подготовленный керн устанавливается армирующий элемент (см. рис. 4), и керн заполняется полимерной смесью.

Полимербетонную смесь доставляют в пластиковых мешках в следующей пропорции: на один мешок смеси массой 13,5 кг берется 1,61 кг жидкого полимера и 9 кг дробленого гравия с размером зерен 9,4 мм. Полимерную смесь из мешка распределяют в керн. Полимербетонную смесь укладывают в два слоя, каждый из которых уплотняется штыковкой. Клиновидная доска из волокнистого материала вбивается в поперечный шов над керном для создания полости, заполняемой герметиком. После заливки полимербетоном движение прекращается на 2 ч. Затем осуществляют пропил вдоль поперечного шва, удаление доски, введение герметизирующего уплотнителя.

Используя второе приспособление при ремонте швов по методу Иллинойского университета, шлифуют поверхность и нарезают прорези перпендикулярно шву (см. рис. 5). Бетон между пропилами дробится пневмомолотком. В каждом шве устраивают от 4 до 8 пропилов. Композиция из арматуры собирается заранее и представляет собой отдельные штыри или двутавровые элементы с надетыми на них прокладками посредине этих элементов. Штыри с помощью ремней крепятся к прямоугольнику, сваренному из уголков. Прокладки препятствуют попаданию полимербетона в шов и склеиванию двух плит друг с другом.

Для нормальной работы шва арматура должна быть установлена параллельно центральной линии покрытия. Полимербетонную смесь укладывают в два слоя. Первый слой распределяют по дну в центре пропила так, чтобы он поддерживал арматуру. Затем ремни отвязывают и убирают монтажное приспособление. Второй слой укладывают, уплотняют и отделывают ручной теркой. В шов сверху вставляют клиновидную доску, которую после твердения полимербетонной смеси удаляют, а образовавшееся пространство заполняют герметиком. Всего по способу Иллинойского университета уложено 292 композиции. В табл. 1 показана зависимость прочности на сдвиг между бетоном покрытия и полимербетоном, которым заполняют шов, от качества подгрунтовки шва и от условий образования контакта (увлажненные или просушенные стенки керна, шва).

Из табл. 1 видно, что прочность контакта с полимерной подгрунтовкой выше при сухих стенках керна или пропила. Предложенный Иллинойским университетом метод оказался более экономичным, чем традиционные методы ремонта.

Ремонт швов в штатах Южная и Северная Дакота

По данным исследователя Buhler M., на первом этапе ремонта швов цементобетонных покрытий дорог осуществляется их пропил с целью освобождения от старого заполнителя на расстоянии 300-360 м по длине шва, глубиной 15-20 см. Это приводит к излому оставшейся части бетона по ослабленному сечению при подъеме противоположной стороны плиты.

После расширения швов и их прочистки в них восстанавливаются сколы, глубина которых более 1,25 см. Сколы делятся на два типа: А-сколы, имеющие размер по ширине более 60 см, В - менее или равные 60 см.

Сколы типа А ремонтируются следующим образом: по сторонам ремонтируемой площади делаются пропилы глубиной не менее 2,5 см. Это является гарантией, что при использовании отбойного молотка или одновременного с ним подъема плит не произойдет разрушение бетона в других местах. Затем поверхность стенок скола обрабатывается пескоструйным аппаратом. Оставшийся песок из скола и места будущей "заплаты" удаляется. По оценке инженера, попавшую в скол корродированную или погнутую арматуру удаляют и заменяют новой.

По высушенным стенкам и дну скола кистью наносят полимерную подгрунтовку. Уложенный в шов материал необходимо провибрировать. Поверхность бетона отделывают гладилкой и щеткой, а затем защищают от механических воздействий и преждевременного высыхания.

Температура материала для устройства "заплаты" в момент укладки должна быть плюс 10 - плюс 32°С, а температура ремонтируемой поверхности на 4,5°С выше.

На отремонтированную поверхность наносят защитный материал в количестве 0,28 л/м 2. После окончания формирования бетона (в течение 72 ч) шов пропиливают, очищают и изолируют, затем открывают движение транспортных средств.

Состав бетонной смеси, кг/м 3: стандартный песок - 684; дробленый карьерный камень - 995; цемент - 350; содержание воздуха - 7-2%, осадка конуса - 2,5-1,25см; В/Ц (водоцементное отношение) - 0,5.

Гранулометрический состав карьерного камня:

Проход через сито	19 мм	100%
То же	12,5 мм	90-100%
То же	9,5 мм	40-70%
То же	4,75 мм	0-20%
То же	2,36 мм	0-5%
То же	0,075 мм	не более 1-0,5% от массы мелких и крупных агрегатов

Сколы типа В ремонтируются следующим образом. Скол очищается от раздробленного бетона. Неровная поверхность скола благоприятствует улучшению сцепления между новым и старым материалами. Затем поверхности скола обрабатываются пескоструйным аппаратом, дальнейшее устройство шва не отличается от технологии ремонта сколов типа А.

Для устройства "заплат" также применяется эпоксидный раствор, содержащий силикатный песок следующего гранулометрического состава:

Проход черезсито	2,36 мм	100%
То же	0,30 мм	15-40%
То же	0,15 мм	0-10%
То же	0,075 мм	0-5%

После твердения смеси в шве осуществляют его пропил и герметизацию. Размеры герметизирующего элемента обычно принимают 1:2 (глубина делится на ширину). Ширина уплотнителя превышает ширину шва примерно на 25% (см. рис. 6). Вкладываемый в шов шнур должен быть совместим с материалом заполнителя. Шнур укладывается так, чтобы соблюдалось требование к соотношению размеров уплотнителя. Необходимо, чтобы стенки шва были чистыми, так как заполнитель должен прилипать к их поверхности. Перед промывкой шов очищают от посторонних примесей, включая остатки старого герметика, пескоструйным аппаратом с дальнейшей продувкой воздухом. Затем шов промывают водой и высушивают струей воздуха. После введения в шов заполнителя ему придают такую форму, какая указана на рис. 6б, причем верх заполнителя должен находиться ниже поверхности бетона на 6-7 мм.

Стоимость указанных ремонтов составила всего 10-12% от стоимости устройства нового слоя, стоимость ремонта сколов в швах, очистки и заполнения швов составила 85%. Средняя стоимость восстановления сколов достигла 70 долл./м 2, очистки и уплотнения швов - 6,9 долл./м.

Таким образом было отремонтировано около 200 км междуштатных дорог, или 36 826 м 2 бетонного покрытия.

Ремонт швов в штате Северная Дакота

Методы ремонта швов в штате Северная Дакота практически мало отличаются от методов ремонта в штате Южная Дакота. Однако используются и другие способы, суть которых сводится к полному пропилу старого бетонного покрытия на расстоянии 60 см от шва в каждую сторону и удалению старого бетона из швов вместе с арматурой. Затем в стенках старого бетонного покрытия высверливают отверстия, в которые на эпоксидном растворе вставляют металлические стержни, а затем производят укладку бетонной смеси и отделку поверхности покрытия дороги.

Ремонт швов в штате Вирджиния

Здесь предложен следующий способ ремонта. По периметру поврежденного участка делают прямоугольный надрез с вертикальными стенками на глубине не менее 2,5 см. Бетон в зоне надреза выбирают сначала тяжелыми, а затем легкими перфораторами на глубине 2,5-10 см. Перед укладкой бетонной смеси в зоне швов устанавливают полиэтиленовые кромкообразователи.

Ремонт швов в штате Айова

В штате Айова для ремонта сильно поврежденных швов и поверхности бетонных покрытий используют фибробетон (фиброармированный бетон), который укладывают слоями толщиной 5,1; 7,6; 12,7 см. Стальная проволока диаметром 0,56 мм и длиной 2,54 и 6,35 см вводится в бетонную смесь из расчета 0,1% от объема смеси.

Другие способы ремонта швов бетонных покрытий дорог

Поврежденные кромки швов ремонтируют материалом, обработанным органическим вяжущим, а также модифицированной бетонной смесью или специальным материалом. Для заполнения швов в США разрабатывают материалы, которые должны обладать упругими свойствами, хорошо прилипать к бетону, быть достаточно тугоплавкими летом, не хрупкими зимой.

Заполнение швов неопреновыми уплотнителями

Во многих штатах США используют прочные, гибкие неопреновые уплотнители, которыми можно заполнить швы при любой погоде. Такие уплотнители плотно заполняют швы, препятствуя прониканию в них воды. Гибкий уплотнитель сжимается при расширении покрытия и возвращается в исходное положение при сжатии.

Для быстрого заполнения швов бетонного покрытия неопреновым уплотнителем фирмой "D.S. Brown Co." разработано устройство, оснащенное барабаном, на котором намотана лента уплотнителя. При внедрении в шов уплотнитель смазывается и сжимается, а затем расширяется и заполняет шов. Клееобразное смазывающее вещество облегчает скольжение и внедрение в шов уплотнителя и образует промежуточный слой между ним и поверхностью стенок шва, создающий вместе с расширенным уплотнителем водонепроницаемое заполнение шва. Внедрение уплотнителя в шов механизмом обеспечивает контроль равномерной глубины погружения и сохраняет растяжение уплотнителя в допустимых пределах.

Применение нового устройства для внедрения неопреновых уплотнителей значительно снижает стоимость работ и затраты времени.

В соответствии с требованиями стандартов Американского общества по испытанию материалов (ASTM) уплотнитель из неопрена должен иметь минимальную прочность при растяжении 140 МПа, быть устойчивым к воздействию масел, озона, высоких и низких температур.

Швы, заполненные этим уплотнителем, не ухудшают эксплуатационных качеств бетонных покрытий.


Рис. 1. Схема устройства швов в покрытии предложенная Иллинойским университетом

Рис. 2. Армирующий элемент: а - общий вид, б - поперечное сечение элемента, в, г - возможные поперечные сечения элементов.

Рис. 3. Схема изоляции шва и основания дорожной одежды внутри керна: 1 - изолирующая лента, 2 - цементобетон, 3 - пластиковый диск.

Рис. 4. Схема установки армирующего элемента в высверленное отверстие: 1 - керн, 2 - устанавливаемая арматура, 3 - клиновидная плита.

Рис. 5. Схема установки арматуры при ремонте шва: 1 - старый цементобетон, 2 - поперечный шов, 3 - прорези, 4 - форма для закрепления штырей, 5 - штыри, 6 - прокладки в поперечном шве в местах прорезей, 7 - ремни.

Рис. 6. Схемы ремонта швов, применяемые в штате Южная Дакота: а - удаление скола, б - при использовании силиконового заполнителя с малым модулем в швах, в - устройство "заплаты", г - при расширении швов. 1 - старый цементобетон, 2 - распиленный и удаленный бетон, 3 - разрушенный бетон, 4 - штырь, 5 - резинобитумный заполнитель или неопреновая запрессовываемая прокладка, 6 - удаление и скалывание прочного бетона, 7 - проволочная сетка, 8 - заполнитель шва, 9 - шнур из водоотталкивающего материала, 10 - "заплата" из портландцемента или раствора с эпоксидной смолой, 11 - форма для устройства шва, 12 - асфальтобетон.

Егений Маргайлик, инженер и патентовед ВОИР