Применение цветного пластбетона в дорожном строительстве стран Запада

Развитие химической промышленности помогает решать сложные вопросы дорожного строительства. Многие страны Европы и Северной Америки, получив широкую возможность использовать синтетические смолы (эпоксидную, полиэфирную, карбамидную и многие другие), стали применять их для устройства верхнего слоя дорожного покрытия (в том числе цветные смеси), поверхностных обработок с целью увеличения шероховатости защиты металлических и бетонных настилов автодорожных мостов, ремонта бетонных покрытий дорог и их маркировки.



Рис. 1. Покрытие тротуара из пластбетона розового цвета (типа виадон).



Рис. 2. Покрытие пешеходной улицы из пластбетона типа виадон белого цвета.



Рис. 3. Покрытие типа мирадон на взлетно-посадочных полосах аэродрома.



Рис. 4. Покрытие площадки теннисного корта из полиэфирного поропласта ярко-красного цвета.



Рис. 5. Слой пластбетона на основе атактического полипропилена, уложенный в покрытие тротуара мини-укладчиком Super-32 фирмы “Vogele”.

©Строительство и недвижимостьВ практике дорожного строительства появились новые виды бетонов на новых вяжущих материалах. Пластбетоном называется дорожно-строительный материал, состоящий из минеральной части (в большинстве случаев аналогичной асфальтобетону) и вяжущего полимерного синтетического вещества (инден-кумароновая смола, полиэфирная, эпоксидная смола, перхлорвинил). Пластбетоны по своим свойствам являются эффективным дорожно-строительным материалом, способным к окрашиванию, обладающим высокой прочностью, химической стойкостью и рядом других положительных свойств.

Применение пластбетона для устройства дорожных покрытий
В Болгарии в пластбетоне в качестве вяжущего применяют смесь полиэфирной смолы и минерального терпентина. При изготовлении смеси пигменты вводят в минеральную часть или в вяжущее. Горячие смеси готовят при температуре 120—130°С, а уплотняют при 110—120°С. В таком пластбетоне содержится от 2 до 8% порошкообразного пигмента и 7—9% вяжущего. Физико-механические свойства пластбетона таковы: объемная масса составляет 2,4 г/см 3, водонасыщение — 0,5—2,5% по объему, набухание — 0,35—0,7%, прочность при сжатии при 20°С — 50—60 кгс/см 2, при 50°С прочность при сжатии составляет 20—25кгс/см 2. Пластбетон укладывается толщиной 1,5—2,5 см на нижний слой дорожного покрытия из асфальтобетона.
Во многих странах Европы широко применяют эпонасфальт-пластбетон, в котором вяжущим служит эпоксидная смола и различные битумы. Состав эпонасфальта весьма различен. Минеральная часть его состоит из каменных материалов различной крупности, а вяжущим является эпоксидная смола, смешанная в различном соотношении с другими вяжущими. Из эпонасфальта получается прочное, износостойкое и шероховатое дорожное покрытие (на мостах, на участках торможения транспортных средств). Такой вид пластбетона хорошо сопротивляется воздействию различных масел, бензина.
В США выпускается светлое пластичное вяжущее, на основе которого производится пластбетон более трещиностойкий, чем асфальто- или цементобетон. Разработаны две разновидности такого материала: виадон — для устройства дорожных покрытий магистралей и улиц и мирадон — для покрытий взлетно-посадочных полос аэродромов. Покрытия из таких материалов сохраняют яркий цвет под дождем (см. рис. 1-3).
В Германии на бетонные покрытия дорог укладывают слой пластбетона под названием вестопал. Этот пластбетон, имея консистенцию вязкого раствора, содержит ненасыщенные полиэфиры, катализаторы и ускорители твердения (время твердения зависит от содержания добавки). В качестве заполнителя применен мелкий песок и щебень не крупнее 3 мм.
Пластбетонную смесь укладывают укладчиком на рельсовом ходу, а готовится она в бетономешалках с применением высушенных каменных материалов. Затвердевший раствор обладает высокими прочностными показателями, небольшим водонасыщением и высокой морозостойкостью. Через 3 часа после укладки по магистрали можно открывать движение транспорта.
Из песка и продукта, образующегося при очистке нефти, американскими дорожными исследователями получен новый материал. Он бесцветен, прозрачен, окрашивается пигментами в любой цвет. Его укладывают слоем 2,5 см на основание из асфальто- или цементобетона. Пластбетон устойчив к действию солей, хорошо сохраняет цвет. Этот материал укладывают на пришкольных зонах автомобильных дорог, он имеет зеленый цвет, чем привлекает внимание водителей.
Для покрытий беговых дорожек, игровых площадок и выставок успешно используется полиэфирный поропласт производства Баденских содовых заводов (Людвигсгафен-на-Рейне). Такие покрытия очень эластичны, создают эффект подстилки из слоя сосновых игл. Хорошая водонепроницаемость всей конструкции, наличие в основании фильтрующего слоя дает возможность быстро отводить воду. Этот материал укладывается поверх гравийного фильтрующего слоя. В качестве основания дорожной одежды также может применяться клинкер или белый щебень на слое песка, толщина покрытия из поропласта составляет 2-3 см (см. рис. 4).
Значительный интерес представляют покрытия дорог из каучукоподобного материала, приготовленного на сложном вяжущем, основу которого составляют производные уретана. Такой материал представляет собой смесь мелкого порошка в количестве 0—50%, 20—50% каучукоподобного наполнителя размером 1,6—12,5 мм и сложного синтетического вяжущего. Смеси готовят в обычных смесителях принудительного перемешивания, получая легкоподвижный, хорошо формуемый материал, который укладывается на асфальтобетонное или цементобетонное дорожное покрытие. Укладка характерна тем, что не требуется обработка высокой температурой.
Время твердения можно регулировать. Оно длится от нескольких минут до нескольких часов. Затвердевший материал каучукоподобен, обладает большой плотностью, хорошо сопротивляется скольжению, отличается износо- и погодостойкостью.
В Дюсельдорфе изготовляют сборные элементы покрытий из пластбетона на основе эпоксидной смолы. Применение находят пластбетоны на основе полиэфирной смолы такого состава: 90% кварцевого песка 0,1—3 мм, 8,5 полиэфирной смолы, 0,3 катализатора, 0,2 ускорителя, 0,1% пигмента. Пластбетон прочен, погодоустойчив, химически стоек, предел прочности при сжатии 1000—1500 кгс/см 2, прочность на растяжение при изгибе 200—300 кгс/см 2, коэффициент температурного расширения составляет 20х10 -6, водопоглощение — 1% от массы, объемная масса — 2,0—2,4 г/см 3, усадка около — 0,1%.
В Австрии запатентован новый полимерный материал для покрытий дорог и тротуаров (см. рис. 5). Он состоит из зернистых заполнителей и вяжущего, в состав которого входит атактический полипропилен. Покрытия из такого материала устойчивы к действию бензина, масел, различных температур и старению. Дополнительное введение в смесь полиизобутилена или поливинилизобутилового эфира позволило получить покрытия с повышенной эластичностью при низких температурах. Вводя до 2% пигмента, можно получить цветные покрытия с чистой и более яркой окраской, чем при применении других вяжущих. Яркость окраски и ее устойчивость может быть дополнительно увеличена, если ввести в состав вяжущего 0,001% силиконового масла. Основной компонент вяжущего — атактический пропилен — является побочным продуктом при производстве изотактического пропилена. В качестве минерального порошка при производстве этого пластобетона можно применять промышленные золы, кварцевую муку, карбонаты и другие материалы, как и при производстве асфальтобетона. Этот вид пластбетона можно применять для защиты от радиации. Тогда в его состав вводят сульфат бария. Для мелкозернистого белого термопластичного полимербетона рекомендуется следующая рецептура: 2% двуокиси титана, 4 — известняковой муки, 4 — молотого песка фракции 0-4 мм, 43 — щебня фракции 4-8 мм, 7% — атактического полипропилена. Для белой литой смеси — 2% двуокиси титана или сульфата бария, 44 — природного или искусственного песка (фракции 0-2), 6 — минерального порошка, 38 — щебня (фракции 2-5 мм), 10%— вяжущего.
Технология приготовления такого вида пластбетона состоит в следующем: в атактический полипропилен, являющийся вяжущим, заранее вводят различные добавки (например, полиизобутилен), минеральные материалы нагревают до 160—180°С и перемешивают с вяжущим. Готовая смесь может быть уложена на асфальто- или цементобетонное дорожное основание или нижний слой покрытия. Оптимальная температура укладываемой смеси составляет 100—120°С. После охлаждения смеси движение транспорта может быть открыто без каких-либо ограничений.
Для сборных покрытий дорог и аэродромов находят применение пенопласты — полиуретановые, полихлорвиниловые и другие. В одном из экспериментов в США применялись плиты из пенопласта размером 3,66х1,83 м с плотностью 64 кг/м 3. Прочность при сжатии этого пластобетона равна 1,75 кгс/см 2, при сдвиге прочность составляет 0,6—1 кгс/см 2. Сверху и снизу такие плиты оклеивают тонкими листами из не подверженных коррозии металлов (сталь, алюминий) или из резины, армированной асбестовым волокном, стекловолокном или металлической проволокой, и укладывают на уплотненное основание. По периметру плиты обклеивают полой резиной для компенсации изменений температуры (трубка диаметром 1,27 см).
Пенополиуретаны для покрытий дорог и аэродромов имеют пористую структуру и могут изготавливаться в полевых условиях. Панели из пенополиуретана должны быть шероховатыми, износостойкими и обладать достаточным трением о грунт.

Применение пластбетона для защитных слоев покрытий и поверхностных обработок
Материалы, подобные пластбетонам, включающие синтетические смолы и различные наполнители, все шире применяются для устройства защитных слоев дорожных покрытий и поверхностных обработок.
В США для создания прочного и износостойкого защитного слоя на новых и отремонтированных покрытиях дорог применяется синтетическая смола, состоящая из двух компонентов — эпоксидной смолы и отвердителя. Такая смола выдерживает 100%-ное удлинение, не образуя трещин. На основе эпоксидной смолы изготавливаются также пластические массы гуардкот и релкот, которые в смеси с песком создают слой износа, обеспечивающий хорошее сцепление колеса даже с увлажненным дорожным покрытием. При создании защитных ковриков разливают эпоксидную смолу (со стабилизатором и отвердителем) по норме 1,1—1,6 л/м 2. Затем покрытие посыпают песком. Движение может быть открыто через 4-6 часов. Такие коврики шероховаты, водонепроницаемы, устойчивы против гололедных солей. Имеются случаи укладки таких ковриков при интенсивности движения транспорта более 90 тыс. авт/сут (на магистралях г. Нью-Йорка). Срок службы при хорошей укладке составил около 3 лет.
В Швейцарии на дорожном покрытии из цементобетона уложен слой пластической массы, содержащей 25% стекловолокна. В качестве вяжущего использована полиэфирная смола, наносимая на покрытие распылителем. Такой защитный слой испытывался в климатической камере и оказался стойким при температурах от +50 до -40°С.
Для защиты асфальтобетонных дорожных покрытий от воздействия воды, колес транспортных средств, старения используют фурановые смолы холодного отверждения. Для устройства слоя износа применяют состав из 100 весовых частей фурановой смолы, 10—100 весовых частей пластификатора, 10—500 весовых частей наполнителя. Такой состав твердеет непосредственно на месте укладки.
Для защиты дорожных покрытий применяют такие составы (в весовых частях): фурановой смолы — 100, хлорированного бифенила — 50, угольной сажи — 70. Перед укладкой на покрытие указанные составы перемешивают с двумя-шестью частями серной кислоты.
Другой состав включает: фурановой смолы — 100, хлорированного каучука — 25, угольной сажи — 70, кварцевого песка — 100. Перед укладкой эти компоненты смешивают с двумя-шестью частями 30—60%-ной серной кислоты.
Полиэфирную смолу, растворенную в стироле, применяют для устройства защитного слоя на бетонных дорожных покрытиях. Такой слой имеет толщину 6-8 мм, так как кроме смолы включает посыпку различными материалами.
В США известны случаи нанесения защитного слоя с одновременным осветлением асфальтобетонного покрытия. Каменные материалы, предназначенные для нанесения защитного осветляющего слоя, предварительно обрабатывают в смесителях светлым полимерным вяжущим при температуре 110—130°С, расход вяжущего принят равным 2%. На магистрали с интенсивностью движения 60 тыс. авт/сут поверх обычного асфальтобетона на трех участках были рассыпаны в горячем виде и втоплены при уплотнении в асфальтобетон следующие высевки, обработанные полимерным вяжущим: розовый обожженный кремнистый гравий, белый обожженный кремнезем (люксовит), аплит (порфировая горная порода). Все три вида высевок имели максимальный размер зерен до 12,7 мм. Горячие высевки втапливаются в асфальтобетон примерно на 2/3 своего размера, а полимерное вяжущее прочно объединяется с битумом. В процессе эксплуатации под действием движения транспорта пленка вяжущего на невтопленной части высевок истирается, и покрытие приобретает шероховатость. На указанных трех участках наилучшие результаты получены из белого обожженного кремнезема и розового обожженного кремнистого гравия. Эти материалы не раздавливаются колесами и имеют коэффициент полируемости 0,62—0,64. Аплит легко раздавливается колесами транспорта, и его коэффициент сцепления с шинами сравнительно невелик.
В Швейцарии для увеличения шероховатости на бетонные покрытия наносят тонкий слой эпоксидной смолы с последующим втапливанием песка. Максимальная шероховатость достигается только в диапазоне фракций песка 0,2—0,5 мм. Расход смолы составляет 100 г/м 2. Шероховатость таких эпоксидных ковриков допускает торможение с ускорением 13,5 м/с 2, что соответствует идеальному состоянию покрытия. Кроме эпоксидной и полиэфирной смол для нанесения защитных слоев применяется полиуретановая смола. При устройстве поверхностной обработки используют кварцевую муку, песок размером 0—0,3 мм, иногда корунд, смесь кварцевого песка и корунда. Время твердения таких вяжущих обычно находится в пределах 24—48 часов. При увеличении температуры и количества отвердителя это время может сокращаться до 0,5—1 часа. Защитные слои на тех же вяжущих делаются толще, чем поверхностные обработки, и в эксплуатации имеют меньше повреждений.
В Англии на участках с плохим сцеплением колес с поверхностью дороги устраивается поверхностная обработка по способу Shellgrip. Обработка делается на цементобетонных и асфальтобетонных дорожных покрытиях слоем 5 мм, при этом не требует уплотнения или прикатки. Вяжущее для этой обработки состоит из смол двух типов: Shellgrip-А на основе эпоксидной смолы и Shellgrip-В на основе битума. Они смешиваются в соотношении 1:1 и образуют вяжущее, характеризующееся быстрым твердением. Это вяжущее придает поверхностной обработке прочность и эластичность и хорошее сцепление с колесами автомобилей. Длительность реакции твердения вяжущего зависит от температуры (при 5°С твердение продолжается 5 часов, при -50°С — только 30 минут). Минеральная часть для этой поверхностной обработки состоит из каменного материала размером 1-3 мм, синтезированного из кальцинированного боксита (обычно используется как огнеупорный материал), обладает большой абразивной сопротивляемостью, а механические свойства лучше, чем у каменных материалов, применяемых для обычных поверхностных обработок. Дорожное покрытие перед устройством поверхностной обработки Shellgrip должно быть очищено и выровнено. Норма розлива вяжущего зависит от типа поверхности, на которую наносится обработка: при малой пористости она равна 1,25 кг/м 2, при менее ровной и большой интенсивности движения она составляет 1,5 кг/м 2. Минеральный материал распределяется по норме 6,5 кг/м 2.
Поверхностная обработка Shellgrip устойчива против масел, растворителей, солей. Во многих странах ее применяют в опасных местах: на пересечениях, крутых уклонах, на мостах, пешеходных переходах, кривых малого радиуса, полосах торможения.
В Бельгии и во Франции построены участки с поверхностной обработкой, в которой применено комбинированное вяжущее на основе перхлорвинила и дегтя. Перхлорвинил выпускается в виде порошка. При объединении с битумом он не растворяется, а находится в качестве наполнителя. При смешении с дегтем перхлорвинил набухает и растворяется при температуре более 40°С. Получаемая смесь имеет резиноподобные свойства. Это вяжущее термопластично, образует волокна, устойчиво к старению и низким температурам, имеет хорошую адгезию к каменным материалам. Поверхностная обработка шероховатая, устойчива против воздействия топливно-смазочных материалов, имеет гербицидные и фунгицидные свойства, применяется на автомобильных дорогах и на взлетно-посадочных полосах аэродромов.
Для устройства защитного слоя с целью увеличения шероховатости используют частицы окиси алюминия, карборунда, доменный шлак, кварцевый песок, диабазовую или базальтовую крошку в смеси с эпоксидной смолой. В настоящее время применяют три способа устройства защитного слоя: на покрытие наносится эпоксидная смола, и через 5—10 минут распределяются зерна абразивного материала по норме 0,8 кг/м 2; эпоксидная смола наносится в два слоя, верхний укладывается до того момента, когда нижний потеряет липкость, далее также производится россыпь абразивного материала; эпоксидная композиция, предварительно смешанная с абразивом, распределяется по поверхности покрытия дороги и уплотняется площадочными вибраторами. Эффект обволакивания частиц смолой снижает шероховатость при применении данного метода. Поверхностный слой из эпоксиднопесчаного раствора устраивается на одной весовой части вяжущего и 4-7 весовых частей песка. С увеличением содержания песка уменьшается коэффициент температурного расширения раствора и снижаются температурные напряжения на границе покрытие—раствор при колебании температуры. После укладки смеси и уплотнения по поверхности распределяют тонкий слой песка или другого абразива. Толщина поверхностного слоя составляет 9—12 мм (не более 50 мм).
Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР