Настоящее и будущее автомобильных дорог

09 августа 2010 г.

[Информационно-аналитический журнал «Новости науки и технологий» / учредитель ГУ «БелИСА». — Минск: ГУ «БелИСА», 2010, № 2(15)]

А. В. Бусел,
директор ГУ «БелИСА», д-р техн. наук, профессор

Эффективное функционирование автомобильных дорог, одного из главных элементов транспортно-коммуникационного комплекса, является важным условием развития экономики Республики Беларусь. Имея выгодное географическое расположение в центре Европы, наша страна должна максимально использовать свои транзитные возможности. В связи с этим развитие автомобильных дорог становится государственной проблемой, решать которую необходимо с учетом перспектив многократного увеличения количества транспортных средств и грузонапряженности движения.

В странах СНГ ежегодный прирост международных автомобильных перевозок составляет от 10 до 18 %. Основной поток грузов проходит по международным транспортным коридорам. Например, осуществление перевозки по коридору Западная Европа — Беларусь — Россия с дальнейшим использованием Транссибирского контейнерного моста позволяет сократить путь транспортировки грузов на 8 тыс. км и сэкономить от 8 до 19 суток транзитного времени по сравнению с организацией перевозки Европа — Азия морским транспортом с использованием Суэцкого канала [1].

В соответствии с решением рабочей группы Комиссии Европейских Сообществ по развитию транспортных коридоров (Брюссель, 1993 г.) в трансъевропейскую систему включены следующие автомобильные дороги, проходящие по территории Республики Беларусь:

• Коридор II — дорога М-1/Е30:
  • Брест — Минск — граница Российской Федерации (протяженность — 610 км).
• Коридор IX с ответвлением IXВ — дороги:
  • М-8 граница Российской Федерации — Витебск — Гомель — граница Украины (протяженность — 456 км);
  • участки дорог: М-5 Минск — Гомель, М-6 Минск — Гродно, М-7 Минск — Ошмяны — граница Литовской Республики, М-9 кольцевая вокруг Минска (общая протяженность — 468 км) [2].

Коридор II имеет продолжение на запад в направлении Варшава — Берлин — Лондон, на восток — Москва — Нижний Новгород и далее в азиатскую часть Российской Федерации.

Коридор IX имеет продолжение на север в сторону Санкт-Петербурга — Хельсинки — Стокгольма и на юг — Киев — Одесса, Дубоссары — Кишинев — Унгень — граница с Румынией.

По этим коридорам транзитом проходит более 1,5 млн грузовых автомобилей в год, принося общий доход около 800 млн долл. США. Причем непосредственно в бюджет Республики Беларусь с 2007 г. от этого транзита поступает около 150 млн долл. США [3], которые в основном уходят на ремонт дорог. Такая экономика не имеет перспективы роста, поскольку рост грузонапряженности увеличит объем ремонтных дорожных работ. В настоящее время количество асфальтобетонной смеси, используемое на ремонт, уже сопоставимо с ее расходом на новое строительство.

Сегодня в Объединенном институте машиностроения НАН Беларуси разрабатываются автопоезда, способные перевозить сотни тонн в одном составе. Выдержат ли наши дороги такой «подарок» машиностроителей? Возобладает ли здравая мысль о том, что затраты на ремонт дорог на автомагистралях с покрытием из асфальтобетона, который по своей природе не способен выдерживать длительную эксплуатацию без постоянного (через 3–5 лет) ремонта, сводят на нет якобы имеющуюся начальную экономию на стадии строительства?

За рубежом давно уже поняли, что на грузонапряженных автомагистралях даже непрерывно армированные цементобетонные покрытия строить выгоднее, чем асфальтобетонные. На аэродромах высоких категорий, где есть мощные динамические нагрузки, близкие к действию новых автопоездов, однозначно применяют цементобетон. А там, где позволяют финансовые возможности, в состав асфальтобетона вводят полимеры, что практически удваивает его стоимость и пропорционально увеличивает межремонтные сроки, но не исключает сам затратный принцип эксплуатации дорог. Богатые страны могут себе это позволить, благо у них остается битум (он так и называется — остаточный) от переработки нефти и нет необходимости сжигать его для обогрева, как у нас сжигают мазут.

Государственная программа «Дороги Беларуси 2006–2015 гг.» предусматривает повышение несущей способности дорог до 11,5 т на ось на маршрутах международных транспортных коридоров. В недалекой перспективе дорожные одежды должны будут устойчиво воспринимать осевые нагрузки от 13 т на ось, что потребует существенного их усиления и реконструкции участков с низкой несущей способностью. Для этого необходимы значительные финансовые средства, которые существенно превышают имеющийся в республике дорожный фонд.

Сегодня в Беларуси автомобильные дороги в подавляющем большинстве имеют асфальтобетонные покрытия, несущая способность которых составляет не более 10 т на ось, а общий модуль упругости — до 300 МПа. Нагрузка от 13 т на ось требует увеличения общего модуля упругости до 390–400 МПа, при этом напряжения в слое дорожного покрытия достигнут 7,0–7,5 МПа, что в 2,5–3,0 раза превышает пределы прочности и сдвигоустойчивости обычного асфальтобетона. В этом случае предлагается применять специальные технические решения [4]:

• усилить дорожное основание путем укладки поверх старого асфальтобетонного покрытия армирующих прослоек из геосеток и георешеток с последующим их перекрытием слоем из самоотверждающихся смесей или цементогрунта;
• выкладывать цементобетонное покрытие с использованием в качестве основания либо старого асфальтобетонного покрытия, либо усиленного дорожного основания (в этом случае толщина цементобетонного слоя существенно уменьшается).

Для усиления оснований можно использовать материалы, обладающие свойствами самоцементации, в частности, металлургические и доменные шлаки. В Беларуси крупнейшим предприятием, выдающим ежегодно до 120 тыс. т шлака, является Белорусский металлургический завод (г. Жлобин), и большую часть данного отхода можно использовать в дорожном строительстве. Самоотверждающиеся смеси на основе шлака могут набирать прочность до 7,0–9,0 МПа, то есть способны воспринимать нагрузку от тяжелых автопоездов. Армирование необходимо для восприятия растягивающих усилий. В этом случае можно использовать синтетические полиэфирные геосетки (табл. 1).

 Таблица 1

Синтетические полиэфирные геосетки

 
Полиэфирное волокно несколько уступает по прочности арматурной стали, однако превосходит ее по коррозионной стойкости в агрессивных средах, которые присутствуют на дороге в виде растворов противогололедных материалов. Проведенные расчеты показали, что использование синтетической арматуры позволяет увеличить несущую способность дорожной одежды до требуемого уровня. Производство геосеток осваивается на Витебском комбинате шелковых тканей.

Методики расчета тонкослойных цементобетонных покрытий поверх существующего старого асфальтобетона были разработаны в Бельгии в начале 90-х гг. ХХ века и апробированы в США, когда потребовалось быстрыми темпами повысить несущую способность дорожных одежд на отдельных грузонапряженных участках федеральных трасс. Эта технология получила название white topping и уже широко применяется в Европе.

Перенос зарубежных технических решений на нашу территорию осложняется рядом факторов, основными из которых являются: многократное замораживание и оттаивание дорожных покрытий во влажном состоянии в течение годового климатического цикла, приводящее к морозному разрушению бетона; практически неограниченное применение противогололедных материалов на основе хлоридов натрия (отходов ПО «Беларуськалий»), вызывающих коррозию бетона и арматуры.

В связи с этим белорусские ученые предложили повысить морозостойкость бетона путем обработки минеральных заполнителей из гранитных материалов производства РУП «Гранит» (г. Микашевичи) растворами солей поливалентных металлов, а дорожное цементобетонное покрытие — путем пропитки защитным составом «Строп» на основе моно– и дизамещенных фосфатов натрия. В первом случае усиливается адгезионное взаимодействие заполнителей с цементным камнем, препятствующее прониканию влаги в зону контакта, а во втором — в порах бетона образуется кольматирующий состав в виде водонерастворимого гидроксилапатита кальция. Эти разработки Института общей и неорганической химии НАН Беларуси и БелдорНИИ прошли практическую апробацию, и подготовлена производственная база для их широкого применения.

В Белорусском национальном техническом университете совместно с учеными Национальной академии Наук разработаны и внедрены в производство ингибиторы коррозии, вводимые в состав противогололедных реагентов, а также коррозионно-неактивные противогололедные материалы на основе отсевов дробления доломита, содержащих на поверхности ацетаты кальция и магния.

Проблема повышения прочности бетона на современном уровне развития науки может быть решена путем использования нанотехнологий. Поскольку гидратные фазы цемента имеют толщину в пределах 1–100 нм, то введение специальных добавок может обеспечить армирование цементного вяжущего на микроуровне. Предложения по использованию в этих целях специальных трубок и стержней с наноразмерами в настоящее время не вышли на практически приемлемый уровень, но лабораторные исследования показывают их потенциальную перспективность [5]. Исследования белорусских ученых показывают, что сегодня целесообразнее использовать в этих целях поверхностно-активные вещества (ПАВ), имеющие длину молекулярной цепи в пределах наноуровня. Так, применение ПАВ в виде натриевых солей карбоновых кислот с длиной углеродной цепи С₁₈–С₂₁ позволяет увеличить прочность бетона на активированном минеральном заполнителе на 40 % при сжатии и на 100 % при растяжении (при расходе цемента — 350 кг/м³).

Указанные разработки открывают реальную перспективу строительства тонкослойных (толщиной 7–15 см) бетонных покрытий поверх старого асфальтобетона. Экономические расчеты показывают, что при всех затратах на строительство и содержание дороги они выгоднее асфальтобетонных в 1,5 раза, а покрытия становятся на порядок долговечнее [6].

Необходимо также учесть, что на территории Беларуси находятся 3 крупных цементных завода, на которых общий выпуск цемента превысил 5 млн т в год и в перспективе будет увеличен в два раза. Впускается цемент различных марок, но не менее 400, и бездобавочный цемент марки 500 (Красносельский цементный завод), пригодные для дорожного строительства. Перспективы удорожания и последующего исчерпания источников нефтепродуктов, к которым относится дорожный битум, обязывает дорожников вернуться к строительству бетонных дорог, но на новом техническом и технологическом уровне. В Беларуси накоплен достаточный опыт строительства дорог из бетона, более 30 лет находятся в эксплуатации бетонные дороги, построенные накануне Олимпийских игр 1980 г. В Москве.

Применение современных достижений науки открывает реальную перспективу повышения транзитной привлекательности нашей республики. Отпадет необходимость введения сезонных ограничений проезда тяжелого автомобильного транспорта, избыточной оплаты за проезд, компенсирующей затраты на ремонт дорог. Инновационное развитие дорожной отрасли должно быть направлено на достижение новых потребительских свойств дорог, а не на минимальный показатель движения по ним.

Литература:

1. Каримов, Б. Б., Салимбаев, Е. К. Автомобильные дороги Содружества Независимых Государств — М.: Интрансдорнаука, 2006. — 264 с.
2. Автомобильные дороги / Я. Н. Ковалев и др. — Минск: Арт Дизайн, 2006. — 352 с.
3. Транзит / Компас экспедитора и перевозчика. — 2007. — № 6 (89). — С. 2–7.
4. Бусел, А. В., Смыковский, А. И. Перспективы конструирования дорожных одежд с учетом увеличения транспортных нагрузок // Сб. трудов международной научно-практической конф. «Государственно-частное партнерство и перспективы в странах СНГ». — Москва-Бишкек, 2006. — С. 106–109.
5. Middendorf B., Singh N. Nanoscince and nanotechnology in cementations materials // Cement International. — 2006. — № 4. — Р. 80–86.
6. Бусел, А. В., Смыковский, А. И., Чистова, Т. А. Перспективы применения тонкослойных цементобетонных дорожных покрытий в условиях роста транспортных нагрузок // Технология бетонов. — № 2. — М., 2008. — С. 68–70.

• Оглавление № 2(15) 2010 журнала «Новости науки и технологий»
  
  
• Архив журнала «Новости науки и технологий»
  
  
• Другие издания  БелИСА