Наряду с другими строительными материалами в дорожном строительстве, хотя и не очень еще широко, применяются материалы на основе полимерных вяжущих. Большие работы проводятся по исслед-ованию способов укрепления грунтов с использованием различных полимерных материалов.
Наиболее часто для устройства дорожных покрытий применяют полимербетоны и пластбетоны, а также пенопласты, полимерные пленки, светоотражающие термопластичные и др. материалы.
Полимербетон – это бетон, содержащий, кроме обычного вяжущего (цемента), полимерное синтетическое вяжущее вещество, чаще всего вводимое в виде эмульсии.
В качестве полимерного вяжущего в полимербетонах обычно используют фурановые, полиэфирные, эпоксидные, фенолформальдегидные смолы и др. Чаще применяют полимербетон на основе фурановых смол.
Минеральными вяжущими в полимербетонах могут быть цемент, гипс и магнезиальные вяжущие. В этих случаях полимербетон называют соответственно полимерцементным, полимергипсовым и полимермагнезиальным.
Заполнителями этих бетонов служат кварцевый песок, гранитный, базальтовый и др. виды щебня.
Полимер в таких бетонах является важным дополнительным компо-нентом, который, заполняя поры, трещины и др. пустоты, укрепляет межзерновые связи, что приводит к повышению прочностных показателей, а также уменьшает хрупкость материала.
По сравнению с обычными цементобетонами полимерцементные бетоны имеют прочность на растяжение в 5 раз выше, на сжатие – в 2-3 раза, а на износостойкость – в 8 раз.
Полимербетоны имеют хорошее сцепление с арматурой, с ранее уло-женным бетоном и др. материалами. Поэтому этот материал используют часто для ремонта цементобетонных покрытий, железобетонных конструкций и т.д.
Полимербетоны применяют для устройства полов промышленных предприятий и общественных зданий. Чаще всего такие однослойные полы толщиной 3-10 мм устраивают на прочном бетонном основании.
Нежелательно применять полимерцементные и др. виды бетонов в помещениях с высокой влажностью, т.к. прочность их в значительной степени снижается при увлажнении.
Пластбетон – это искусственный строительный материал, который получают в результате затвердевания полимерного вяжущего в смеси с ра-ционально подобранным составом щебня, песка и тонкомолотого минерального заполнителя.
По температуре приготовления и укладки пластбетоны подразделяются на горячие и холодные, на тяжелые и легкие, в зависимости от величины плотности.
В зависимости от вида смол, применяемых в качестве полимерного вяжущего, пластбетоны подразделяют на фурановые, полиэфирные и эпоксидные.
Физико-механические и химические свойства этих пластбетонов зависят от вида и содержания вяжущего в смеси, расхода и качества минеральных наполнителей (щебня, песка, минерального порошка и др.), технологии приготовления смеси, ее укладки и уплотнения, условий и продолжительности твердения, а также условий эксплуатации.
Пластбетоны характеризуются высокой прочностью при сжатии, растяжении и изгибе, малым водопоглащением, высокой износостойкостью, высокой адгезией к цементобетону, металлу, древесине и др. материалам, а также стойки к низким температурам и агрессивной среде.
Полиэфирные и эпоксидные пластбетоны имеют предел прочности при сжатии 110-130 МПа, при изгибе 33-35 МПа и при растяжении 10-14 МПа.
Фурановые пластбетоны соответственно: при сжатии – 70-90 МПа, изгибе – 10-20 МПа и растяжении – 5-10 МПа (значительно выше, чем у обычных цементных бетонов).
Оптимальный расход полимерного вяжущего для приготовления крупнозернистого пластбетона составляет 8-10%, а для мелкозернистого – 12-15% (по массе). При избытке полимерного вяжущего прочностные свойства получаемого материала не увеличиваются. При этом в большей степени проявляются отрицательные свойства: ползучесть, интенсивное температурное расширение, усадка при твердении.
Оптимальное содержание вяжущего в каждом конкретном случае устанавливается экспериментально. Оно зависит от зернового состава заполнителей, тонкости помола и содержания минерального наполнителя, от вязкости смолы.
Наряду с положительными свойствами пластбетоны, как и другие материалы на органической основе, имеют и ряд недостатков. Так, например, с течением времени они стареют, становятся хрупкими, снижается их теплостойкость. Наиболее низкая теплостойкость у пластбетонов на полиэфирных смолах (50-60?С), а наиболее высокая у пластбетонов на фурановых и фенольных смолах (150-170?С). Кроме того, значительно снижаются прочностные и деформативные свойства пластбетонов при увлажнении.
Ввиду высокой стоимости пластбетонов дорожные покрытия устраи-вают тонкослойными по прочному бетонному основанию.
Применяют пластбетоны и для ремонта цементобетонных покрытий.
В последние годы все более широкое применение находят цветные пластбетоны.
Свойства цветных пластбетонов близки к горячим асфальтобетонам. Но они более чувствительны к изменению температуры, менее пластичны, быстрее стареют.
В качестве вяжущих для приготовления цветных пластбетонов используют светлые полимерные смолы. Это полиэфирные, эпоксидные и др.
Используются обычно светлые и цветные (розовые, красноватые, зеленоватые и т.д.) каменные материалы. При отсутствии природных каменных материалов можно использовать искусственные (керамзит, керамдор, термозит и др.).
Пески можно применять природные и искусственные.
Для окраски пластбетонов в требуемый цвет применяют главным образом органические пигменты , т.к. они более яркие, с богатой гаммой оттенков и высокой интенсивностью окраски. Применяются также и минеральные пигменты (белила, сурик свинцовый, окись ярома и др.).
Цветные пластбетоны, как и обычные, приготавливают на АБЗ в сме-сительных установках. Продолжительность перемешивания смеси зависит от зернового состава и вязкости вяжущего.
Укладывают смесь с помощью асфальтоукладчика на ровное и прочное основание толщиной 1,5-2,0 см.
Для уплотнения используют обычные катки. Формирование структуры пластбетона не заканчивается после уплотнения и остывания смеси, а продолжается определенный период и заканчивается под воздействием проходящего транспорта, т.е. в процессе эксплуатации.
При строительстве дорожных одежд, и особенно с цементобетонными покрытиями, широкое применение находят пленки из полиэтилена, полиизобутилена, полиамида и др. Они не пропускают влагу и поэтому пригодны для гидроизоляции. Чаще других используется полиэтиленовая пленка. Ширина полотна пленки 800-900, 1200, 1400 мм при толщине 0,06 мм(1400 мм); 0,085 мм (1200 мм); 0,2 мм (800-900 мм).
Потребителям пленка поступает в рулонах. Хранить ее надо в темном сухом помещении. Она гнилостойка, не разрушается бактериями.
На изолируемые поверхности полимерные пленки наклеивают битумными или полимерными мастиками.
Полиэтиленовую пленку изготавливают из полиэтилена методом непрерывного прессования (экструзия) с последующим растяжением.
Техническая характеристика полиэтиленовых пленок:
1) морозостойкость (-60?С);
2) предел прочности при растяжении 13-18 МПа;
3) относительное удлинение в продольном направлении 200-400%, в поперечном 450-550%;
4) водонасыщение 0,01% за 24 часа.
При строительстве дорожных одежд большой эффект дает укладка полиэтиленовой пленки под слой цементобетона. Пленка расстилается по спланированному основанию и препятствует отсосу воды из бетонной смеси в процессе его твердения, а в дальнейшем является преградой для капиллярного подсоса влаги из грунта. Благодаря своей эластичности полиэтиленовая пленка выдерживает удары при выгрузке бетонной смеси из автомобилей-самосвалов.
Под слоем бетона пленка не стареет многие годы и служит надежной защитой от агрессивных грунтовых вод. Обычно применяют пленку толщиной 0,1-0,12 мм.
Недостатками полиэтиленовой пленки являются ее повышенная, по сравнению с другими гидроизоляционными материалами, склонность к старению особенно при воздействии света, а также возможность повреждения грызунами.
Стеклопластики представляют собой материалы, которые имеют стекловолокнистый наполнитель, склеенный синтетическими полимерами.
Они широко применяются при устройстве ограждений на автомобильных дорогах, километровых и указательных знаков, строительстве павильонов на автобусных остановках.
В качестве вяжущего для стеклопластиков используют ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, фенолформальдегидные полимеры и др.
Стеклопластики разделяют на прозрачные, пропускающие 60-85% света; полупрозрачные (30-60%) и непрозрачные. Эти материалы могут быть окрашены в требуемый цвет.
В дорожном строительстве используются также и маркировочные мастики. Применяют их для обозначения пешеходных дорожек, осевых и краевых линий и указательных знаков на дорожных покрытиях. Их изготавливают на основе светлых (чаще всего белых) минеральных материалов.
Наиболее широкое применение нашли мастики на основе термопла-стичных смол, которые дают возможность после остывания получать в течение 1-2 часов достаточно долговечные разметочные линии.
В последнее время все более широкое применение в дорожном строительстве находит новый рулонный нетканый материал – дорнит, получаемый из отходов синтетических волокон и вторичного текстильного сырья. Длина полотнища в рулоне составляет 75-100 м, ширина – 85, 170 и 250 см, толщина – 4 мм.
Дорнит используют для устройства конструктивной и фильтрующей прослойки при строительстве автомобильных дорог на участках слабых грунтов, а также для укрепления откосов и устройства дренажа.
Материалы на основе полимерных вяжущих применяются не только в дорожном строительстве, но и используются как тепло- и звукоизоляционные.
Тепло- и звукоизоляционные материалы на основе полимеров обладают такими ценными свойствами как легкость, прочность, гнилостойкость, малая теплопроводность, незначительная гигроскопичность. Из этих материалов наиболее широкое применение находят пенопласты.
Пенопласты – это материалы, которые имеют систему изолированных, не сообщающихся между собой ячеек, содержащих газ или смесь газов и разделенных тонкими пленками.
В качестве теплоизоляционного материала пенопласты применяют : в плитах перекрытий; в ограждающих панелях; для устройства совмещенных плоских кровель для утепления междуэтажных и чердачных перекрытий; для утепления полов, а также для теплоизоляции инженерных коммуникаций, трубопроводов, холодильников и т.д.
Этот материал хорошо переносит знакопеременную температуру, удовлетворительно сопротивляется растягивающим напряжениям, сохраняет свои эксплуатационные свойства при температурах до 65?С.
Физико-механические свойства пенопластов разнообразны: плотность колеблется в пределах 20-280 кг/м3; предел прочности при изгибе 0,25-4,5 МПа, модуль упругости – 5-200 МПа.
Пенопласты выпускаются в виде плит различной толщины и размеров.
Кроме того, материалы на основе полимеров находят широкое применение и для изготовления различных санитарно-технических изделий, труб и т.д.
Так трубы из пластических масс очень стойки к действию кислот и щелочей. Поэтому пластмассовые трубопроводы особенно широко применяются на химических предприятиях.
Пластмассовые подземные трубопроводы более долговечны, чем ме-таллические, т.к. они не подвержены коррозии.
Наибольшее распространение получили полиэтиленовые, поливинилхлоридные и стеклопластиковые трубы.
Полиэтиленовые трубы изготавливают из полиэтилена. Они характе-ризуются большой морозостойкостью и высокой пластичностью. Диаметр труб от 13 до 150 мм. Они рассчитаны на высокое рабочее давление (до 12 атм.) Эти трубы в 9 раз легче стальных.
Поливинилхлоридные трубы изготавливают из винипласта, который является очень стойким к химическим воздействиям. Диаметр труб до 150 мм. Рассчитаны на рабочее давление до 6 атм.
Стеклопластиковые трубы изготавливают из полиэфирного полимера, армированного стекловолокном. Стеклянное волокно, по сравнению с органическими волокнами имеет ряд технических преимуществ: оно более прочное на разрыв; имеет высокий модуль упругости, химическую устойчивость, малую гигроскопичность, незагниваемость и огнестойкость. По сравнению со всеми другими пластмассовыми трубами, стеклопластиковые трубы обладают наибольшей прочностью и способностью выдерживать рабочие темпе-ратуры до 150?. Напомним, что трубы из полиэтилена нормально работают лишь при температуре не выше 80?, а из винипласта – до температуры не выше 60?.