Что такое пеностекольный щебень

Технические характеристики пеностекольного щебня

БОЛЬШЕ, ЧЕМ ПРОСТО ОТЛИЧНОЕ КАЧЕСТВО

Ряд очевидных преимуществ по сравнению с имеющимися материалами делают пеностекольный щебень уникальной теплоизоляцией.

Прекрасные теплоизоляционные свойства

Пеностекло – прежде всего надежный теплоизоляционный материал;

Теплопроводность пеностекольного щебня – 0,064 — 0,08 Вт/м•К;

Широкий диапазон рабочих температур − от – 200°С до + 550°С позволяет использовать материал даже в промышленности;

Долговечность

Срок службы пеностекла практически не ограничен;

Пеностекло не впитывает влагу, не содержит никаких органических компонентов, которые могут утратить свои свойства с течением времени;

Материал морозоустойчив, легко переносит переходы температуры через нулевую отметку;

Химически и биологически инертен;

Стоек к агрессивным средам;

Пеностекло не представляет интереса для грызунов;

После демонтажа может использоваться повторно.

Негорючесть

Материал на 100% состоит из минерального сырья и в соответствии с российскими стандартами имеет группу горючести «НГ» (негорюч). Производится в результате вспенивания стекла в печи, при температуре в 800 градусов.

Экологичность и безопасность для здоровья

Сырьем для пеностекольного щебня является обыкновенное стекло, используемое, например, для изготовления бутылок.

Такое стекло абсолютно нейтрально для окружающей среды и совершенно безопасно для здоровья человека.

Кроме того, применяя стеклобой, мы попутно выполняем экологическую миссию по вторичной переработке твердых бытовых отходов.

Малый вес

Пеностекло – очень легкий материал, его легко транспортировать, с ним легко работать. 1 куб.м материала весит всего 110 — 140 кг. Стандартный 50-литровый полипропиленовый мешок материала весит около 6 кг.

Высокая прочность

Несмотря на легкий вес, материал способен выдерживать высокое давление.

Прочность при сжатии 0,95-4,8 МПа.

Засыпка пеностекольного щебня с легкостью выдерживает вес дорожного катка

Новое видео

Источник

Для чего применяется щебень из пеностекла?

Пеностекло не боится ни кислот, ни щелочей, ни жары, ни холода. По качествам тепло- и звукоизоляции не уступает пенопластам и минеральным ватам. Но есть одно «но»: технология производства его сложна и капризна, из-за чего цена такого щебня заметно выше как обычного, так и засыпки из шлака или керамзита, не говоря уже о плитных утеплителях.

Получение и свойства

Материал был изобретен еще в конце 30-х годов прошлого века. Однако пеностекольная промышленность СССР так и не смогла в совершенстве отладить технологию. Выходило либо запредельно дорого, либо терялось качество.

На сегодня методика в России хорошо отлажена. Пеностекло не только импортируют, но и выпускают в широкой номенклатуре изделий:

Делают пеностекло из расплава обычного, добавляя газообразующие вещества, основную массу которых составляет углерод (кокс, антрацит), реже используют кальциты (известняк, мрамор). Вносят различные стабилизирующие добавки: вулканические породы, богатые щелочами (обсидиан, туф). Все это измельчают и смешивают с порошком стекла. Сюда же добавляют перемолотое вторичное сырье.

Готовую шихту помещают в печь, где она нагревается до 1000 градусов. При этом уголь выгорает, окисляется, насыщая стеклянную массу пузырьками углекислого газа.

Последний пункт свойств особенно интересен для утеплителей кровли. Без проблем можно ходить, не боясь разрушить. К перечисленному стоит добавить морозостойкость не менее 100 циклов. Пеностекло любой плотности не горит, без проблем выдерживая температуру до +450°С.

Первоначально щебенка была лишь отходом основного производства пеностекла. Получали ее дроблением крупных кусков забракованных из-за невыдержанной формы или других показателей. Достаточно быстро разобрались, что крошка представляет собой самостоятельный материал с уникальными характеристиками. Причем оказалось, что производство гранул технологически заметно проще, чем листовых, а цена их ниже.

Общие свойства насыпной продукции мало чем отличаются от литых изделий:

Но существует характеристика, выделяющая стеклянный щебень и позволяющая выбирать его там, где другие виды пасуют: теплотехнические качества его практически не снижаются при увлажнении.

2. Применение литых изделий.

Первоначально из-за высокой цены они оказались востребованы лишь в криогенных технологиях. В частности с использованием сжиженных газов, температуры которых близки к абсолютному нулю (азот, гелий, кислород).

С развитием технологии получения цена на пеностекло снижалась, и на сегодня оно успешно конкурирует с полужесткими минеральными плитами и скорлупами, а благодаря куда более высокой химической и температурной стойкости, даже с дешевыми пенопластами, имеющими куда меньшую плотность.

Область применения

Материал не впитывает воду, имеет достаточную прочность и высокую морозостойкость. Благодаря этому пеностекольный щебень используется не только в любом конструктиве дома от фундамента до кровли, но и в благоустройстве:

На придомовой территории нашел применение в подогреваемых пешеходных дорожках. Для их устройства поверх пеностекольного щебня укладывают контур из греющегося кабеля. В отличие от других засыпных утеплителей стекло не боится возникающих перепадов температур и увлажнения. При этом служит надежной изоляцией, не позволяя теплу рассеиваться в почве.

В дорожном строительстве дает возможность создать надежное основание для асфальтного покрытия. Теплозащитные свойства и низкая насыпная плотность снижают глубину промерзания, а значит, и величину пучинистых деформаций грунта под трассой, а в некоторых случаях сводят ее к нулю.

Пеностекло и его «гранулированные» разновидности, щебенка и гравий, абсолютно экологически безвредны и с успехом используются внутри зданий.

Утеплители не дают неприятной игольчатой пыли как при монтаже, так и при применении, чем «грешат» минеральные и шлаковые ваты. Содержание обычных пылевидных частиц, присущих керамзитам, у них на порядок меньше. Это позволяет выбирать его в качестве тепло-, и звукоизоляции в жилых комнатах, в помещениях зданий специального назначения (санатории, больницы, детские учреждения и дома престарелых).

Наконец крыша: благодаря низкому водопоглощению материалы из пеностекла неплохо подходят для устройства эксплуатируемой плоской кровли. Легким стеклянным щебнем можно выполнять уклоны, в минимальной степени нагружая перекрытие.

Прежде чем купить, важно знать, что обозначают буквы и цифры в его паспортных данных. Например, сочетание ЩП 140-30/60 расшифровывается как «щебень пеностекольный объемным весом 140 кг/м3 фракция 30-60 мм. Для засыпного утеплителя лучше подойдет округлый гравий или мелкая крошка. Для изготовления легких бетонов — неровная щебенка.

Источник

Пеностекольный щебень

Пеностекольный щебень 5-20 мм. Фото Леруа Мерлен

Разнообразие видов сыпучих материалов позволяет выбрать оптимальный вариант для решения любой задачи. Щебень находит широкое применение при реализации различных по сложности и масштабу проектов. Отдельные виды щебня более востребованы по разным причинам.

Например, гранитный и базальтовый обладают прекрасными характеристиками и свойствами, гравийный, вторичный и шлаковый отличает достаточно низкая стоимость, мраморный активно применяется в ландшафтном дизайне благодаря привлекательному внешнему виду, месторождения известнякового располагаются во многих регионах, что делает материалы доступными. Большая часть видов щебня представляет собой продукцию природного происхождения. Однако, предприятия предоставляют и «искусственные» материалы, в частности, черный, цветной, а также пеностелькольный, о котором пойдет речь далее.

Что из себя представляет материал

Пеностекло представляет собой застывший прочный вспененный материал с пористой структурой. Материал был изобретен в первой половине 20-го века. Однако, долгое время технология изготовления не была четко отлажена. Сегодня пеностекло, производимое в России, импортируют и применяют для выпуска широкого перечня продукции: плиты и блоки, скорлупы, гранулированное пеностекло, гравий и щебень.

Пеностекольный щебень — это инновационный сыпучий материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Сырьем для изготовления служит обыкновенное стекло, а точнее стеклобой, которое вначале очищается, из массы отделяются все нестеклянные элементы. Следующий этап — это измельчение сырья, в результате получается стекольная мука, в которую добавляется глицерин, выступающий в качестве экологического газообразователя. Затем готовое сырье подается в печь, где оно запекается при температурах, достигающих 950 градусов.

Стекло вспенивается и покидает печь уже в форме пеностекла, в составе которого отсутствует глицерин, он испаряется под действием высоких температур. Пеностекло резко охлаждается и распадается на отдельные фрагменты. Размер фракций (мелкие, средние и крупные) и плотность материалов регулируется производителем.

Готовая продукция состоит из стекла, содержащего большое количество закрытых воздушных ячеек. Именно они обеспечивают уникальные характеристики пеностекольного щебня, в частности, малый вес и прекрасная теплоизоляция.

Характеристики и свойства

1) Отличные теплоизоляционные свойства.

2) Пожаробезопасность. Пеностекольный щебень относится к негорячим материалам, маркировка — НГ.

3) Экологическая безопасность. Сырьем для щебня является обыкновенное стекло, которое не содержит вредных и/или опасных для человека примесей как на этапе производства, так и во время эксплуатации. К тому же применение стеклобоя обеспечивает использование вторичного сырья.

4) Насыпная плотность является важным показателем, с помощью которого возможно выполнить расчет нужного объема, проверить количество доставленного компанией-поставщиков материалов. Показатель для пеностекольного щебня отличается в зависимости от размера фракций и от производителя. Данные варьируются в значительных пределах, предприятия предоставляют показатели транспортной плотности, которая составляет 110-140 кг/куб.м., эксплуатационной плотности при уплотнении на 10-20% — 110-170. Максимальный показатель насыпной плотности составляет 1350 кг/куб.м. Истинная плотность — справочная величина, на практике применяющаяся редко, составляет порядка 2200 кг/куб.м.

5) Низкое водопоглощение. Способность материалов впитывать влагу, для щебня из пеностекла показатель не превышает 3%.

6) Высокие шумоизоляционные свойства. Испытания демонстрируют, что применение щебня при обустройстве плавающих стяжек обеспечивает улучшение шумоизоляции более чем на 21 дБ.

7) Малый вес. Пеностекольный щебень отличает небольшой вес одного кубического метра, данный показатель варьируется в пределах от 100 до 160 кг.

8) Высокая прочность на сжатие. Несмотря на свою легкость щебень обладает высоким показателем прочности — 0,95-4,8 МПа.

9) Пеностеклу и продукции из него присуща долговечность, обеспечивающаяся следующими свойствами:

10) Морозостойкость — показатель, демонстрирующий количество циклов заморозки и оттаивания, которые способен выдержать щебень без потери собственных характеристик. Морозостойкость пеностекольных материалов составляет примерно 100 циклов.

11) Экономичность. Использование пеностекольного щебня упрощает процесс выполнения работ и уменьшает объем требуемых расходных материалов. Кроме этого, долговечность, легкость и стойкость к агрессивным воздействиям позволяет экономить на транспортировке и хранении.

Сферы применения

Важной характеристикой пеностекольного щебня является универсальность, что позволяет использовать его для решения широкого спектра задач в различных сферах деятельности:

1) Дорожное строительство. Щебень выполняет одновременно несколько функций, является несущим выравнивающим материалом, дренажом и теплоизоляционным слоем, что позволяет сэкономить на стоимости работ. Пеностекольный щебень подходит для строительства дорожных покрытий на подвижных и слабых грунтах.

2) Тепло- и шумоизоляция многочисленных элементов гражданских и промышленных зданий и сооружений: кровли, фундаменты домов этажностью не более 5 этажей, полы, стены, перекрытия, отмостки, балконы, подвалы, подземные парковки.

3) Строительство агропромышленных объектов: теплоизоляция грунта в теплицах, утепление полов.

4) Строительство спортивных объектов и бассейнов: теплоизоляция ледовых арен, фундаментов, подвалов и парковок, устройство площадок, устройство кровель и теплых полов.

5) Тепло- и шумоизоляция инженерных коммуникаций и заглубленного оборудования: емкостей, резервуаров, трубопроводов.

6) Тепло- и шумоизоляция объектов в сфере ЖКХ: теплотрассы, пешеходные дорожки, автомобильные стоянки.

7) В качестве теплоизоляционного наполнителя в легких бетонах.

8) Ландшафтный дизайн: утепление подземных резервуаров и заглубленных емкостей, формирование рельефа, обустройство пешеходных дорожек, в частности, подогреваемых.

Отличия от пеностекольного гравия

Пеностекольный гравий может производиться как из стеклобоя, так и из минерального сырья, что частично отличает его от щебня. Температура вспенивания при производстве гравия и щебня составляет 750-850 градусов. Размер фракций гравия составляет от 0,1 до 10 мм., щебня — 5-20 и 30-60. Форма зерен также различается, гравий — шарообразный, щебень имеет произвольную, неправильную конфигурацию.

При сравнении основных характеристик материалов невозможно выделить фаворита, так как показатели минимальной насыпной плотности, прочности, теплопроводности и влагостойкости примерно равны. Гравий находит применение при решение обширного перечня задач, но в основном используется для тепло- и шумоизоляции.

Где купить

Производством и продажей щебня различных видов, в том числе и пеностекольного, занимаются компании, представленные здесь.

Источник

Свойства и характеристики пеностекла, пеностекольного щебня

Пеностекло представляет собой материал с пористой структурой, который производят с помощью спекания тонкоизмельченного стекла с добавлением экологичного газообразователя (глицерина). Делают это в специализированном оборудовании, после чего в итоге получается фракционный пеностекольный щебень для звуко- и теплоизоляции строительных объектов и конструкций различного назначения.

Области применения:

Уникальные свойства и характеристики пеностекла

Пеностекольный щебень является уникальным теплоизоляционным материалом, по своим свойствам и параметрам во многом превосходит альтернативные утеплители.

Энергоэффективность

Пеностекло обладает высоким уровнем тепло-звукоизоляции и низким уровнем теплопроводности (0,062 Вт/мК). Пеностекольный щебень это прежде всего отличный утеплитель.

В соответствии с требованиями Федерального закона № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении и повышению энергетической эффективности», применение данного продукта позволяет снизить затраты при строительстве, ремонте и эксплуатации объектов, достичь высокого уровня тепло-звукоизоляции без потери физико-химических свойств.

Экологическая безопасность

Пеностекло химически и биологически инертный материал не влияющий на здоровье человека.

Долговечность

Срок службы утеплителя из пеностекла равен сроку службы здания. В материале отсутствуют составляющие, способные потерять свои полезные свойства с течением времени.

Устойчив к агрессивным факторам окружающей среды: не подвергается гниению, повреждению грызунами и паразитами. Морозостойкость не менее ста циклов (F100).

Материал можно повторно использовать после демонтажа.

Негорючесть (НГ)

Пеностекло не горит и не воспламеняется, размягчение материала наступает только при температуре выше 1000 С. Не выделяет газов и паров при нагревании, относится к группе негорючих материалов (НГ).

Негигроскопичность

Пеностекло имеет закрытопористую структуру, не впитывает влагу, всегда остается сухим как зимой, так и летом. Свойства материала не изменяются. Энергоэффективность конструкции будет постоянной весь срок службы здания.

Отличная звукоизоляция

Согласно испытаниям НИИСФ РААСН, применение звукоизоляционной засыпки из пеностекольного щебня фракции 5-20мм толщиной 60мм в конструкциях «плавающих» стяжек обеспечивает индекс улучшения изоляции ударного шума перекрытием со стяжкой на 21 дБ, что обеспечивает выполнение нормативных требований к звукоизоляции междуэтажных перекрытий в помещениях жилых и общественных зданий.

Широкий диапазон рабочих температур

Высокая прочность на сжатие (85 т/м2)

Пеностекло самый прочный теплоизоляционный материал. Не дает усадку в конструкции, не изменяет геометрических размеров в процессе зксплуотации.

Пеностекольный щебень выдерживает большие нагрузки без деформаций чем альтернативные материалы, толщина бетонной стяжки сокращается со 150-200мм до 80-50мм.

Простота в применении

Применение пеностекла в качестве теплоизоляции значительно ускоряет строительные работы. После подготовки основания необходимо произвести несколько простых действий:

— Насыпать послойно пеностекольный щебень (каждый слой 150-200 мм). В случае необходимости, при помощи ПСЩ можно создать уклоны, необходимые для стока воды.

— Тщательно уплотнить каждый слой виброплитой (соблюсти коэффициент уплотнения по техзаданию). Замерять уровень уплотнения рекомендуется с помощью цифрового нивелира и рейки.

Материал не требует особых условий для хранения и может складироваться навалом под открытым небом.

Небольшой вес

Пеностекольный щебень отличается маленьким весом, 1м3 материала в зависимости от плотности весит всего от 100 кг, благодаря чему с ним легко работать и подвергать его транспортировке.

Доступное сырье

Основным сырьем для производства пеностекольного щебня является обычное стекло, знакомое всем потребителям и широко используемое при изготовлении бутылок. Оно безопасно для экологии и нейтрально для человеческого здоровья. Очень важный момент заключается в возможности вторичной переработки боя стекла, благодаря чему выполняется важная экологическая миссия.

Экономичность

Доступная стоимость данного утеплителя и уникальные потребительские свойства позволяют экономить как и в момент строительства так и весь срок эксплуатации.

Документация

Пеностекло имеет все необходимые протоколы испытаний, технические условия, сертификат соответствия ГОСТ-Р, декларацию о соответствии техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности, санитарно-эпидемиологическое заключение, техническое свидетельство и техническая оценка, экспертную оценку о соответствии материала стандартам LEED, BREAM.

Источник

ПЕНОСТЕКОЛЬНЫЙ ЩЕБЕНЬ – ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В СЛОЖНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Интенсивное освоение природных ресурсов Западной Сибири является неотъемлемым условием развития экономики Российской Федерации в XXI веке. Районы Западной Сибири, расположенные в сложных геокриологических условиях, даже при сравнительно малом населении обеспечивают до 11 % ВВП страны, главным образом за счет добычи невозобновляемых природных ресурсов [1, 2]. Разведанные запасы месторождений нефти и газа, а также темпы их освоения будут только расти. Следовательно, даже при существенной диверсификации российской экономики разработка месторождений природных ресурсов Западной Сибири останется одним из главных императивов развития экономики страны.

Комплексное развитие добывающих отраслей Западной Сибири, в свою очередь, предполагает создание современной транспортной инфраструктуры.

Проблемы дорожного строительства в сложных геокриологических условиях

Широкое распространение многолетнемерзлых грунтов (ММГ) и глубокое сезонное промерзание в регионах Западной Сибири являются основными факторами, отрицательно влияющими на состояние сети автомобильных дорог региона.

Деформации дорожных конструкций в условиях распространения ММГ обусловлены отепляющим воздействием насыпи автомобильной дороги на мерзлые грунты основания. Возведение дорожной насыпи приводит к значительным изменениям условий теплообмена грунта основания с атмосферой. Мерзлые грунты меняют свои физико-механические свойства при оттаивании и начинают деградировать. Деградация ММГ, как правило, сопровождается сверхнормативными осадками насыпи (рис. 1) [3, 4]. Распространение ММГ характерно для I дорожно-климатической зоны (ДКЗ) – 65 % территории РФ.

Рис.1. Неравномерная осадка насыпи на ММГ: а- трасса Р-297 «Амур» Чита-Хабаровск [5], б — шоссе на Аляске в долине Takhini, км 1446 [6]

При многократно повторяющихся циклах промерзания-оттаивания теряется проектный коэффициент уплотнения скелета грунта насыпи. Это происходит за счет объемного расширения воды в процессе перехода из жидкого состояния в твердое (лед). При этом частицы грунта раздвигаются. В теплый период года лед тает, и между частицами грунта образуются пустоты. Недостаточное уплотнение грунтов в конструкции насыпи вызывает разрушение самой насыпи и конструкции дорожной одежды в процессе эксплуатации дороги. Деформации конструктивных слоев насыпи могут развиваться в течение длительного времени, поэтому значимость сохранения проектного уплотнения грунтов в конструкции насыпи приобретает первостепенное значение.

В период оттаивания при проезде автомобилей деформации проявляются в виде проломов дорожной одежды, вызванных снижением прочности переувлажненных грунтов [9].

Характерным признаком пучинистых участков являются горбы, впадины, перепады, просадки, сетка трещин, концентрирующаяся у вершины бугров пучения, колейность, выбоины и т. д. [9].

Глубокое сезонное промерзание, широкое распространение пучинистых грунтов и повышенная увлажненность территории – основные условия появления большого количества деформаций и разрушений дорожных конструкций. Глубокое сезонное промерзание характерно для I–IV ДКЗ – 90 % территории РФ.

Глубина сезонного промерзания в некоторых северных регионах РФ может достигать 5 м, в Московской области – 2 м [7, 10]. Соответственно, при таких глубинах промерзания морозному пучению подвержены не только грунты насыпи, но и грунты естественного основания. Грунты естественного основания практически всегда сложены пучинистыми водонасыщенными грунтами.

А. Б Чижов и др. в своей статье отмечают, что в районе Южно-Якутского территориально-производственного комплекса характерны сезонные (однолетние) бугры пучения высотой 0,5–0,8 м и диаметром 1–2 м на участках избыточного увлажнения. Также здесь встречаются многолетние бугры – гидролакколиты, достигающие высоты 5–7 м [11]. На других территориях РФ тоже могут быть подобные негативные геокриологические явления.

Необходимо отметить, что глубина промерзания под дорожным покрытием значительно больше глубины промерзания в естественных условиях, где роль теплоизолятора выполняет снежный покров. С основной площадки дороги снег счищается, и через верхнюю открытую часть отрицательные температуры беспрепятственно проникают в нижележащие грунтовые слои насыпи и естественного основания.

На рис. 2а представлен застой воды в насыпи при реконструкции дороги в Тюменской области. На рис. 2б отображены негативные последствия замерзания воды в теле насыпи, проявляющиеся в виде бугра пучения

Рис. 2. Дороги в условиях сезонного промерзания: а — застой воды в насыпи, Тюменская область (фото автора), б — бугор получения [9]

Внедрение новых материалов, улучшающих водно-тепловой режим дорожных конструкций и обеспечивающих дополнительный запас прочности и надежности, может стать оптимальным решением при строительстве автомобильных дорог в сложных геокриологических условиях.

Пеностекольный щебень

Рис. 3. Завод по производству пеностекольного щебня ООО «АйСиЭмГласс Калуга»: а- внешний вид, б — технологическая линия.

Пеностекольный щебень – теплоизоляционный материал в виде фракционного щебня из ячеистого стекла (по виду неокатанные остроугольные фрагменты), получаемый путем спекания тонкоизмельченного стекла и экологичного пенообразователя (глицерина) (рис. 4) [12].

Рис. 4. Внешний вид пеностекольного щебня

Пеностекольный щебень обладает следующими свойствами: негорючий, экологически чистый, долговечный, негигроскопичный, морозоустойчивый и не подверженный гниению. За счет ячеистой закрытопористой структуры обеспечиваются низкая теплопроводность, низкая плотность и легкость материала. При этом материал отличается высокой прочностью на сжатие [13, 14].

Впервые способ получения пеностекла был разработан в 30-х годах XX века И. И. Китайгородским в СССР. В дальнейшем технология получения материала была усовершенствована и подготовлена для промышленного производства Б. К. Демидовичем [15]. При этом следует отметить, что данный материал не нашел широкого применения в Советском Союзе [14].

Технология была успешно освоена заграницей, и в настоящее время пеностекольный щебень применяется в самых различных областях строительства в Америке и Европе [16, 17].

В последние 20–25 лет в России наблюдается заметный рост интереса к повышению энергоэффективности и ресурсосбережению в строительстве за счет применения современных теплоизоляционных материалов, в том числе пеностекольного щебня.

Лабораторные испытания пеностекольного щебня производства ООО «АйСиЭмГласс Калуга» проведены в ФГБУ «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук». Физико-технические характеристики представлены в таблице 1.

Физико-технические характеристики пеностекольного щебня марки ПЩ240/20-40 и ПЩ100/5-20

Транспортировка пеностекольного щебня осуществляется в биг-бэгах, при больших объемах поставки допускается перевозка в автомобильном и железнодорожном транспорте навалом. Складирование пеностекольного щебня осуществляется в биг-бэгах или навалом под открытым небом (рис. 5).

Рис. 5. Складирование пеностекольного щебня: а — в биг-бэгах, б — навалом под открытым небом

Область применения

Пеностекольный щебень предназначен для устройства:

– дополнительных морозозащитных слоев оснований дорожных одежд в условиях сезонного промерзания на пучинистых участках с целью снижения глубины промерзания до допустимых норм и исключения процессов морозного пучения в грунтах насыпи и естественного основания в I–IV ДКЗ. Проектирование осуществляется согласно ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» [18];

– теплоизоляционных слоев в теле насыпи в условиях распространения ММГ в I ДКЗ с целью сохранения грунтов в мерзлом состоянии на весь срок эксплуатации дороги и исключения просадок насыпи на оттаивающих мерзлых грунтах. Проектирование осуществляется согласно ВСН 84-89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты» [4] и СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» [19].

Для применения пеностекольного щебня в автодорожной отрасли РФ есть вся необходимая нормативно-регламентирующая документация, получены сертификаты соответствия, проведены лабораторные и полевые испытания.

Европейский опыт использования пеностекольного щебня

Европейский опыт интенсивного использования пеностекольного щебня для устройства морозозащитных слоев в дорожных конструкциях насчитывает более 20 лет. Наибольшего успеха в его применении достигли скандинавские страны: Финляндия, Швеция и в первую очередь Норвегия [16, 17, 20].

Природные условия Норвегии отличаются наибольшей суровостью среди всех стран Европы: расчлененный горный рельеф, избыточное количество осадков и достаточно продолжительная зима с частыми заморозками. Поэтому норвежские специалисты в области дорожного строительства вынуждены решать такие же проблемы, что и их российские коллеги. В условиях переувлажнения и продолжительных периодов с отрицательными температурами деформации дорожного полотна (рис. 6), обусловленные морозным пучением грунтов насыпи и естественного основания, являются одной из основных проблем, возникающих в процессе эксплуатации автомобильных дорог страны [21, 22].

Рис. 6. Повреждения полотна автомобильных дорог морозным пучением на дорогах Норвегии: а — трасса Rv 17 (фото Martin Ystenes), б — трасса Fv 26 (фото lars Andreass Solas)

Ни для кого не секрет, что дороги Норвегии – одни из лучших не только в Европе, но и во всем мире. Низкая аварийность, долговечность и способность обеспечивать высокую мобильность населения – именно те черты, которые отличают сеть автомобильных дорог этой сравнительно небольшой страны.

Именно поэтому европейский опыт (в первую очередь норвежский) должен быть тщательно проанализирован. Необходимо изучить технические аспекты использования пеностекольного щебня в дорожном строительстве европейских стран, выявить те сложности, с которыми сталкиваются зарубежные специалисты.

Для предотвращения деформаций морозного пучения в документации, регламентирующей строительство и эксплуатацию дорог в Норвегии (Norwegian pavement design manual), предусматривается устройство дополнительных морозозащитных слоев дорожной одежды, для чего могут использоваться различные материалы: щебень скальных пород, песок, плиты из экструзионного пенополистирола (XPS), керамзитовый гравий (LWA) и т. д. [21– 23].

Толщина морозозащитного слоя для дорог Норвегии определяется на основании метеорологических условий для конкретного участка (глубина сезонного промерзания) и интенсивности трафика (AADT) [23].

Наиболее подробно в научной литературе освещено использование пеностекла марки Hasopor (Норвегия) в дорожном строительстве европейских стран (рис. 7). Кроме того, еще один вид пеностекольного щебня, применяемого в транспортном строительстве, выпускается в Норвегии под торговой маркой Glasopor [16, 17].

Рис. 7. Пеностекольный щебень марки Hasopor (фото: www.hasopor.se)

Исследование и сертификация материала Hasopor, применяемого в дорожном строительстве Норвегии, проводились при участии таких авторитетных организаций, как Норвежский научно-исследовательский институт гражданского строительства (Norwegian Building Research Institute (NBI) и исследовательская группа SINTEF. Пеностекольный щебень марки Hasopor соответствует строгим европейским стандартам и имеет сертификат ETA (European Technical Approval). Возможность получения сертификата ETA на нестандартные строительные материалы позволяет ускорить процесс внедрения пеностекольного щебня в транспортное строительство.

Программа мониторинга свойств пеностекольного щебня для целей дорожного строительства, начатая Норвежским управлением дорогами общего пользования (NPRA) в 1999 году, включала в себя целый комплекс полевых и лабораторных испытаний. Лабораторные и полевые исследования материала производились в соответствии с общеевропейскими стандартами EN, EN ISO.

В рамках данной программы мониторинга особенно тщательно рассматривались следующие аспекты применения пеностекольного щебня в транспортном строительстве:

– изучение способности слоя пеностекольного щебня (непосредственно под дорожной одеждой или в основании земляного полотна) выполнять морозозащитную функцию и тем самым снижать риск возникновения явлений морозного пучения;

– исследование прочностных характеристик материала и изменения этих характеристик при различных условиях и сроках эксплуатации;

– исследование устойчивости всей дорожной конструкции, сооруженной с применением слоя пеностекольного щебня;

– сравнение пеностекольного щебня и других теплоизоляционных материалов, применяемых в дорожном строительстве Норвегии (плиты и блоки из пенополистирола (XPS и EPS), керамзитовый гравий (LWA).

– подтверждение экологичности пеностекольного щебня в качестве строительного материала.

Многолетний мониторинг подтвердил возможность и необходимость использования пеностекольного щебня в дорожном строительстве в сложных природных условиях Норвегии [17, 22]. Специалисты других европейских стран тщательно исследуют успешный норвежский опыт и пропагандируют применение пеностекольного щебня в дорожном строительстве своих стран.

Начиная с 1999 года пеностекольный щебень использовался при строительстве и реконструкции более чем 25 дорожных объектов Норвегии, включая участки Klemetsrudи Eggemarka Транснорвежской дороги E6 (главная дорога страны), трассы Fv 115 vedTrøgstad, Fv 120 Hobøl и Rv 31, набережную на Национальном шоссе № 120 и национальную автодорогу № 17 (рис. 8).

В Германии пеностекольный щебень начал активно применяться при строительстве объектов инфраструктуры в последние 9–10 лет, хотя сам материал уже давно производится на крупнейших в Европе заводах в промышленных масштабах (рис. 9). Основные производители пеностекольного щебня в Германии, Швейцарии и Австрии –это компании GEOCELL SchaumglasGmbH, Glapor, Misapor, TECHNOpor, ECOGLAS. Отдельные попытки использовать пеностекольный щебень для устройства морозозащитных слоев дорожной одежды предпринимались еще в 60–70-х годах XX века в Швейцарии и Австрии [20, 25].

Рис. 9. Строительство автомобильной дороги с использованием пеностекольного щебня: а – Финляндия (фото: www.uusioaines.com), б – Австрия (фото: geocell-schaumglas.eu)

В целом можно отметить, что в странах северной и центральой Европы наблюдается постоянный рост производства и потребления пеностекла. Зарубежные специалисты в области автодорожного строительства и геотехники положительно отзываются об использования пеностекольного щебня в дорожном строительстве.

Типовые конструкции

При разработке типовых конструкций с использованием пеностекольного щебня учтен многолетний успешный европейский опыт строительства автомобильных дорог, а также результаты лабораторных и полевых исследований эффективности материала для дорожного строительства (Норвегия, Финляндия, Швеция, Германия) [16, 17, 22– 24]. При этом следует отметить, что строительство дорог в РФ и странах Европы существенно различается в области регламентирующей документации, техники и методов строительства, обеспеченности дорожно-строительными материалами, наличием ММГ на значительной территории РФ. Соответственно, требуется разработка оригинального набора типовых дорожных конструкций с использованием пеностекольного щебня для условий РФ.

При разработке типовых конструкций также учтен опыт проектных и строительных организаций РФ при сооружении объектов транспорта в умеренных и суровых климатических условиях. Проанализирован опыт строительства объектов транспорта в регионах Центра, Северо-Запада, Крайнего Севера, Урала, Сибири, Дальнего Востока РФ и Республики Саха (Якутия) [3, 4, 9, 19, 26].

На основе полученного опыта разработаны типовые варианты дорожных конструкций. Предлагаемые инженерные решения необходимо проектировать для регулирования водно-теплового режима на участках автомобильных дорог со сложными природно-климатическими, гидрогеологическими и геокриологическими условиями.

Предложенные конструкции являются типовыми, и для правильного проектирования необходимо разрабатывать индивидуальные варианты конструкций на основе специфических природно-климатических, гидрогеологических и геокриологических условий региона строительства. Конкретный вариант расположения и толщина слоя из пеностекольного щебня должны определяться соответствующими расчетами, в которых будут учтены грунтовые и гидрологические условия участка проведения работ, свойства материалов (грунтов), используемых при строительстве земляного полотна автомобильной дороги, тип планируемой дорожной одежды и т. д.

При проектировании региональных дорожных конструкций следует также учитывать специализацию дорожно-строительных организаций, обеспеченность региона дорожно-строительными материалами, предусматривать максимальную механизацию и индустриализацию строительных процессов, стремиться к снижению трудоемкости и затрат ручного труда.

При правильном проектировании и технологии ведения работ на строительной площадке предлагаемые инженерные решения обеспечат долгосрочную безаварийную эксплуатацию автомобильной дороги. Может быть получена значительная экономия на содержании и ремонте в течение жизненного цикла дороги за счет увеличения межремонтных сроков и предотвращения разрушения дорожных конструкций.

Типовые дорожные конструкции с морозозащитным слоем в условиях сезонного промерзания на пучинистых участках

К пучиноопасным относятся следующие участки со сложными гидрогеологическими условиями:

– насыпи и выемки, сложенные пучинистыми грунтами;

– равнинные участки с поверхностным застоем воды в придорожной полосе;

– с торфорастительной прослойкой в основании насыпи;

– с высоко расположенным горизонтом грунтовых вод;

– вогнутые переломы продольного профиля;

– места пересечения микрологов, узких складок местности;

– места выхода грунтовых и наледных вод [9].

Интенсивность негативных последствий глубокого промерзания на объектах транспортной инфраструктуры напрямую зависит от устойчивости многослойных дорожных конструкций и грунтов земляного полотна к циклам промерзания-оттаивания.

При устройстве дополнительных слоев дорожной одежды из пеностекольного щебня положительный эффект в виде стабилизации температурного и водного режима дорожной конструкции будет наблюдаться уже в первый год эксплуатации. Грунт основания и тела насыпи приобретет дополнительную устойчивость к сезонным циклам промерзания-оттаивания, что существенно скажется на устойчивости и долговечности всей конструкции.

При разработке проектно-технологических решений на строительство автомобильных дорог с устройством дополнительных морозозащитных слоев оснований дорожной одежды из пеностекольного щебня в условиях сезонного промерзания на пучинистых участках необходимо руководствоваться общими требованиями СП 34.13330.2012. Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* [27] и ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» [18].

Толщина морозозащитного слоя устанавливается расчетом в соответствии с методическими рекомендациями. Расчет на прочность и морозоустойчивость дорожных одежд с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня выполняют в соответствии с требованиями СП 34.13330.2012. Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* [27] и ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд» [18].

Типовая конструкция № 1 (рис. 10) поясняет принцип устройства дополнительного морозозащитного слоя основания дорожной одежды в условиях сезонного промерзания на пучинистых участках.

Рис. 10. Типовая конструкция № 1 – дорожная конструкция с дополнительным морозозащитным слоем основания дорожной одежды из пеностекольного щебня в условиях сезонного промерзания на пучинистых участках

Данная конструкция может использоваться как при новом строительстве, так и при реконструкции и ремонте, что благоприятно скажется на устранении проблемных пучинистых участков существующей сети автомобильных дорог.

Сравнение с традиционными конструкциями с устройством морозозащитного слоя из песка крупного

Традиционно во многих регионах РФ для устройства морозозащитных слоев чаще всего используется песок средний и крупный, щебеночно-песчаная смесь оптимального гранулометрического состава в соответствии с ГОСТ 25607 [28]. В первую очередь такой слой выполняет дренирующую функцию, отводя воду и осушая тем самым земляное полотно [18, 27]. Чем крупнее песок и чем меньше в нем глинистых частиц, тем быстрее и легче будет отводиться через него вода в кювет. Песок должен отвечать требованиям ГОСТ 25607 [28].

Высокими теплоизоляционными характеристиками песчаный слой не обладает, и поэтому земляное полотно в холодный период года промерзает на значительную глубину. Если песок некачественный или заилился в процессе эксплуатации, то он не способен справляться со своей основной функцией – водоотведением. Дорожная конструкция промерзает, и в ней неизбежно протекают процессы морозного пучения в грунтах насыпи и естественного основания. К тому же водонасыщение грунтов происходит не только сверху от осадков в виде дождя, но и снизу за счет миграции влаги к границе промерзания.

По расчетам, на некоторых участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями толщина морозозащитного слоя из песка может достигать более одного метра [29]. На таких участках трудно обеспечить необходимое количество кондиционных песчаных грунтов высокого качества для устройства морозозащитных слоев. Во многих районах возникают технологические сложности при добыче качественных грунтов или они совсем отсутствуют: под ногами тяжелые глины и суглинки. Дальность перевозки кондиционных песков составляет десятки и сотни километров [29]. Устройство морозозащитных слоев из песка становится технологически и экономически нецелесообразным инженерным мероприятием.

Применение пеностекольного щебня в качестве морозозащитного слоя при строительстве дорог позволяет сократить потребность в привозных материалах для строительства земляного полотна в районах, где они являются дефицитными.

С целью сравнения глубины промерзания с традиционно используемой конструкцией был сделан теплотехнический расчет двух дорожных конструкций в одинаковых условиях: конструкция с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня толщиной 0,25 м и конструкция с морозозащитным слоем из крупного песка толщиной 0,30 м.

Математическое моделирование температурного режима дорожных конструкций выполнялось решением системы дифференциальных уравнений теплопроводности применительно к расчету процессов промерзания в программном комплексе QFrost [30].

Автомобильная дорога, для которой производился расчет, расположена вблизи Тюмени и характеризуется следующими параметрами: многослойной дорожной одеждой, толщиной по оси 0,42 м (асфальтобетон – 0,12 м и щебень 0,3 м), высотой насыпи 1,6 м, шириной по верху 8 м, шириной по низу 14,4 м, крутизной откосов насыпи 1:2. Насыпь отсыпается из местных грунтов – пылеватых супесей. Под насыпью залегают грунты ненарушенного сложения мощностью 10 м – тяжелые суглинки. Необходимые для расчета теплофизические характеристики грунтов и материалов приняты в соответствии с [19, 31].

По результатам математического моделирования построены температурные поля (рис. 11).

Рис. 11. Температурные поля моделируемых конструкций на 28 февраля второго года эксплуатации: а – конструкция с морозозащитным слоем из крупного песка толщиной 0,30 м, б – конструкция с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня толщиной 0,25 м

Результаты моделирования показали, что глубина промерзания в дорожной конструкции с морозозащитным слоем из песка крупного толщиной 0,3 м составила 2,6 м от низа дорожной одежды на 28 февраля второго года эксплуатации (рис. 11а). Грунт насыпи промерзает полностью, и дополнительно фронт промерзания распространяется в естественное основание на глубину 1,4 м (рис. 11а). Соответственно, при неблагоприятных гидрогеологических условиях неизбежно будут протекать процессы морозного пучения, вызывающие разрушение дорожных конструкций.

В дорожной конструкции с морозозащитным слоем из пеностекольного щебня толщиной 0,25 м глубина промерзания составила 0,2 м от низа дорожной одежды на 28 февраля второго года эксплуатации (рис. 11б).

По результатам моделирования можно отметить, что для полного предотвращения промерзания земляного полотна или для ограничения глубины промерзания допустимыми пределами целесообразно укладывать морозозащитный слой из пеностекольного щебня. При укладке морозозащитного слоя из пеностекольного щебня наблюдается стабилизация водно-теплового режима автомобильной дороги, следовательно, обеспечивается устойчивость и эксплуатационная надежность.

Дорожные конструкции с теплоизоляционным слоем в теле насыпи на многолетнемерзлых грунтах

Имеющийся отечественный и зарубежный опыт показывает, что применение различных теплоизоляционных материалов в дорожных конструкциях дает положительные результаты для регулирования водно-теплового режима в сложных геокриологических условиях [3, 4]. Применение теплоизоляционных материалов, позволяющих управлять водно-тепловым режимом дорожных конструкций, является одним из способов улучшения качества и долговечности автомобильных дорог, построенных на участках со сложными геокриологическими условиями.

Дорожные конструкции с устройством теплоизоляционного слоя из пеностекольного щебня в криолитозоне необходимо проектировать согласно первому принципу проектирования – обеспечение поднятия верхнего горизонта ММГ не ниже подошвы насыпи и сохранение его на этом уровне в течение всего периода эксплуатации дороги (расчетное состояние грунта основания – мерзлое).

Искусственный теплоизолятор, уложенный в тело насыпи, позволяет регулировать температурный режим грунтов насыпи и подстилающих ММГ основания. В низких насыпях теплоизолятор укладывается вблизи подошвы насыпи на всю ее ширину и препятствует проникновению границы сезонного оттаивания в многолетнемерзлое основание. В высоких насыпях теплоизолятор укладывается под крепление обоих откосов и берм на всю их длину и обеспечивает сохранение мерзлого состояния грунтов основания [3, 4, 19, 26].

Толщина и расположение слоя из пеностекольного щебня в дорожной конструкции зависят от природно-климатических, гидрогеологических и геокриологических условий местности строительства объекта и назначаются на основе теплотехнического расчета.

Производство работ по первому принципу должно осуществляться в зимнее время на промерзшее грунтовое основание и промороженные нижние слои насыпи.

Предлагаемые типовые конструкции с устройством теплоизоляционного слоя пеностекольного щебня разработаны специально для условий криолитозоны, а их внедрение способно оказать комплексное положительное воздействие на дорожное строительство.

Типовую конструкцию № 2 (рис. 12) необходимо проектировать на участках прохождения трассы с благоприятными гидрологическими условиями (сухие места), где не наблюдается появление кратковременно и длительно стоящих вод у подошвы насыпи и не требуется устройство поверхностного водоотвода и дренажной системы для удаления избытка влаги из земляного полотна и для предотвращения возникновения и развития термокарстовых явлений в основании.

Рис. 12. Типовая конструкция № 2 – дорожная конструкция с теплоизоляционным слоем из пеностекольного щебня в условиях распространения ММГ на сухих участках

В некоторых случаях, в зависимости от высоты насыпи, слой из пеностекольного щебня необходимо проектировать только в зоне подошвы откосов насыпи.

Типовую конструкцию № 3 (рис. 13) необходимо проектировать на участках, где возможно скапливание кратковременно и длительно стоящих вод вдоль насыпи. Слой из пеностекольного щебня должен проектироваться выше уровня кратковременно и длительно стоящих вод с уклоном в обе стороны от оси дороги к кювету, что не позволяет застаивающейся воде свободно мигрировать в теплоизоляционный слой.

Рис. 13.Типовая конструкция № 3 – дорожная конструкция с теплоизоляционным слоем из пеностекольного щебня в условиях распространения ММГ на подтопляемых участках

В нижней подтапливаемой части насыпи возможно использовать любой местный глинистый некондиционный грунт, так как он будет находиться в мерзлом состоянии на протяжении всего срока эксплуатации инженерного сооружения. Таким образом, в нижней части насыпи образуется мерзлый глиноцементный замок из местного суглинистого некондиционного грунта. Устройство глиноцементного замка необходимо для защиты от фильтрации воды к основанию насыпи. Он препятствует проникновению под насыпь поверхностных кратковременно и длительно стоящих вод.

Теплоизоляционный слой из пеностекольного щебня дополнительно выполняет дренирующую функцию в теплый период года и отводит избыток воды из верхних слоев насыпи в кювет, не допуская попадания воды в нижнюю часть насыпи и тепла, которое она приносит с собой.

Типовая конструкция № 3 (рис. 13) позволяет повысить термическую устойчивость дорожных конструкций и предотвратить массовое просачивание воды в нижнюю часть дорожных насыпей.

Сравнение с традиционными конструкциями с устройством теплоизоляционного слоя из плит экструдированного пенополистирола

Сегодня основным типом теплоизоляционных материалов, применяемых при строительстве автомобильных дорог в холодных регионах, являются плиты из экструдированного пенополистирола (ЭППС) [3, 4, 19, 26, 29].

Среди дорожных инженеров и ученых до сих пор не существует единого мнения об эффективности применения плит из ЭППС для районов распространения ММГ [3, 32, 33]. С одной стороны, есть сторонники использования плит и многочисленная регламентирующая документация, обосновывающая применение, с другой – существуют и противники использования плит ЭППС.

Б. С. Баталин, А. Н. Боков, Л. Д. Евсеев и В. В. Мальцев в своих статьях [34, 35] подвергают сомнению массовый рекламный материал о значительных свойствах ЭППС, его долговечности, пожарной и экологической безопасности. Авторы подчеркивают, что бездоказательная и широковещательная реклама свойств ЭППС никак не подтверждается научными исследованиями.. Прогнозируемые производителями сроки службы ЭППС не соответствуют реальной экологической и пожарной безопасности материала. Свойства ЭППС меняются от воздействия неконтролируемых случайных факторов, и выбор данного материала в качестве утеплителя экономически не выгоден (при эксплуатации инженерного сооружения более 10 лет) и потенциально опасен. Физико-механические свойства ЭППС (прочность, плотность, теплопроводность, водопоглощение) зависят от способа производства и изменяются с течением времени под воздействием природных, технологических и эксплуатационных воздействий [34, 35].

Проведенный анализ литературы и многочисленные консультации с дорожными инженерами позволили выявить следующие недостатки использования ЭППС для устройства теплоизоляционных слоев:

– усложнение технологии и увеличение сроков строительства при ручном труде по укладке слоя плит из ЭППС. Устройство слоя из легких плит ЭППС требует безветренной погоды и обязательное придавливание грунтом в конце смены;

– необходимость устройства выравнивающих слоев из качественного песка без комковатых включений снизу и сверху плиточного слоя [29], что усложняет технологический процесс по укладке;

– ЭППС – хрупкий материал. Он может ломаться при транспортировке, укладке и уплотнении вышележащих слоев насыпи;

– высокая вероятность нарушения целостности слоя из ЭППС при разравнивании и уплотнении первого слоя грунта, отсыпанного на плиты. Под давлением катков плиты разрушаются, разъезжаются в разные стороны, выступают за пределы насыпи и образуют зазоры на стыках плит. Целостность слоя нарушается, и, соответственно, теряются теплоизоляционные характеристики слоя с образованием мостиков холода;

– возможность сжатия малопрочных плит из ЭППС от нагрузок как в процессе уплотнения вышележащих слоев насыпи, так и в процессе эксплуатации от нагрузки насыпи и техники с дальнейшей потерей теплоизоляционных характеристик [36];

– высокая вероятность застоя влаги на поверхности теплоизоляционного слоя, особенно при неправильной укладке. Вышележащие грунты переходят в водонасыщенное, текучее состояние, что приводит к резкому снижению несущей способности и устойчивости, снижая тем самым эффективность технического решения;

– отсутствие данных многолетнего мониторинга, подтверждающих эксплуатационную надежность теплоизоляционного слоя из пенополистирольных плит [37];

– высокая вероятность возникновения конфликтов между заказчиком и подрядной организацией из-за качества монтажа при приемке работ.

В сравнении с теплоизоляционным слоем из пеностекольного щебня при сметном расчете устройства слоя из плит ЭППС необходимо учитывать ручной труд, увеличение сроков строительства, обязательную отсыпку выравнивающего слоя из качественного песка под плиты толщиной 10 см, обязательную отсыпку защитного слоя над плитами из качественного песка толщиной 30 см, стоимость работ по устройству выравнивающего и защитного слоя, стоимость и доставку песка для устройства выравнивающего и защитного слоя, стоимость и доставку непучинистого грунта для отсыпки насыпи. Данные работы и материалы вызывают значительное удорожание дорожной конструкции с использованием плит из ЭППС.

Из-за трудности устройства слоя плит из ЭППС и возможности значительного снижения заявленных характеристик в процессе эксплуатации становится сложным построить автомобильную дорогу, отвечающую современным требованиям по долговечности и надежности. Использование новых теплоизоляционных материалов, в частности пеностекольного щебня, является более целесообразным для устройства теплоизоляционных и морозозащитных слоев в дорожных конструкциях.

Опытно-экспериментальное строительство

Опытно-экспериментальное строительство с укладкой морозозащитного слоя из пеностекольного щебня было реализовано:

– на федеральной автомобильной дороге М-3 «Украина» (Калужская область), построенной в августе 2016 года (рис. 14а);

– федеральной автомобильной дороге М-5 «Урал» (Рязанское шоссе, г. Люберцы), построенной в 2014 году (рис. 14б);

– инновационной автомобильной дороге к Технопарку «МФТИ» (г. Долгопрудный),

построенной в 2015 году.

Также пеностекольный щебень был применен при строительстве винчестерного тоннеля Северо-Западной хорды в Москве в качестве облегчающего материала с целью снижения нагрузки на бетонные перекрытия и опорные стенки.

Рис. 14. Укладка морозозащитного слоя из пеностекольного щебня: а – транспортная развязка на федеральной автомобильной дороге М-3 «Украина» (Калужская область), б –транспортная развязка на федеральной автомобильной дороге М-5 «Урал» (Рязанское шоссе, г. Люберцы)

Опытные участки находятся в эксплуатации от 1 до 3 лет, их состояние хорошее. Устройство морозозащитного слоя из пеностекольного щебня стабилизировало участки дорог.

Проведенные лабораторные испытания в ФГБУ «НИИСФ РААСН» и опытно-экспериментальное строительство свидетельствуют о перспективности использования пеностекольного щебня в дорожном строительстве РФ.

Заключение

Современное состояние сети автомобильных дорог в Западной Сибири и во многих других регионах РФ со сложными природно-климатическими, гидрогеологическими и геокриологическими условиями далеко от совершенства. Проблемы разрушения дорожных конструкций, включая относительно недавно построенные, требуют поиска новых инженерных решений.

Устройство теплоизоляционных и морозозащитных слоев в дорожных конструкциях позволяет регулировать водно-тепловой режим. Если в грунтах насыпи или естественного основания запускаются негативные геокриологические процессы, то остановить их уже не предоставляется возможным. Любое современное и долговечное дорожное покрытие будет неизбежно разрушаться.

Чтобы исключить негативные геокриологические процессы в грунтах, необходимо добиться в них температурной однородности и исключить сезонный переход через температуру замерзания-оттаивания (0 o С для незасоленных грунтов). Для условий распространения ММГ необходимо добиться отрицательной температуры в грунтах естественного основания на весь жизненный цикл автомобильной дороги для исключения их оттаивания. Для условий сезонного промерзания необходимо добиться положительной температуры в грунтах насыпи и естественного основания на весь жизненный цикл автомобильной дороги для исключения морозного пучения.

Пеностекольный щебень может стать одним из решений проблем дорожного строительства в холодных регионах РФ. Предлагаемые инженерные решения обеспечат долгосрочную безаварийную эксплуатацию автомобильной дороги. Может быть получена значительная экономическая эффективность на содержании и ремонте в течение жизненного цикла дороги за счет увеличения межремонтных сроков и предотвращения разрушения дорожных конструкций.

Целесообразно устраивать слои из пеностекольного щебня только на наиболее «сложных» участках прохождения трассы, где традиционные решения будут неработоспособными.

Иногда «экономия» на этапе строительства может привести к огромным затратам на этапе эксплуатации, как это стало, например, с федеральной трассой Р-297 «Амур» (Чита – Хабаровск) [38]. Как отмечает руководитель ФДА «Росавтодор» Роман Старовойт, «так называемые амурские волны или просадки на трассе Р-297 «Амур» (Чита – Хабаровск) остаются проблемой для федеральных дорожников. Однозначного решения для нее пока не найдено» [38]. В результате постепенного оттаивания ММГ в естественном основании происходят долговременные незатухающие просадки на трассе [39]. Все это стало фактически разорительным для эксплуатации ввиду необходимости постоянного дорогостоящего ремонтного содержания аварийных участков данной дороги и постоянного ограничения скоростного режима.

При разработке предлагаемых типовых конструкций проанализирован и учтен опыт проектных и строительных организаций РФ в области сооружения объектов транспорта в умеренных и суровых климатических условиях, а также зарубежный опыт строительства автомобильных дорог с использованием пеностекольного щебня.

Последние годы ознаменованы нарастающими темпами государственной политики РФ по освоению арктических территорий [40]. Эффективное освоение арктических ресурсов и территорий, большая часть которых находится в экстремальных условиях, требует модернизации и строительства современной транспортной сети, работающей на долгосрочную перспективу [1].

Задача внедрения научных и инженерных достижений, способствующих повышению качества строительства автодорог, является ключевой и отвечает решениям правительства РФ по ускоренному освоению северных и восточных регионов страны.

Пеностекольный щебень подходит для строительства автомобильных дорог в экстремальных условиях Арктики и Крайнего Севера РФ, а также в регионах Центра, Северо-Запада, Урала, Сибири, Дальнего Востока и Республики Саха (Якутия).

Источник