Технологии

Теория и практика показывают, что при строительстве и реконструкции автомобильных дорог верхний несущий слой основания необходимо устраивать с применением эластичных материалов, обладающих высокой прочностью на изгиб и сравнительно небольшим модулем упругости. Указанным требованиям отвечает крупнозернистый литой асфальтобетон, полученный методом вибролитья, – тип III по ТУ.

Этот конгломерат за счет высокой гибкости имеет прочность на изгиб при 0 ⁰С примерно в 1,5 раза выше, и модуль упругости на этот же порядок ниже, чем любой известный асфальтобетон. Он же обладает и наиболее высокими усталостными характеристиками.

Смесь укладывают по уплотненному щебеночному основанию, как правило, толщиной не более 10-12 см и уплотняют вибробрусом, а при его отсутствии на укладчике – средним катком за 5-6 проходов по одному следу.

В результате формируется прочный эластичный, плотный и водонепроницаемый несущий слой, после выравнивания и перекрытия которого одно- или двухслойным покрытием дорога готова к интенсивной эксплуатации. 

Большим преимуществом такой конструкции является её низкая материалоёмкость, долговечность и, как следствие, высокая экономичность.

Для капитального ремонта высококатегорийных городских дорог можно рекомендовать ещё менее затратный метод, т.е. применение комбинированного покрытия общей толщиной 8-9 см, состоящего из литого и высокощебенистого асфальтобетонов.

Технология не требует применения особых техники и исходных материалов и характеризуетсяиспользованием двух асфальтобетонных смесей с очень высокой температурой, а также уплотняющих органов асфальтоукладчика, обеспечивающих виброуплотнение, и катков для запрессовки одной смеси в другую. Зарубежных аналогов таким покрытиям пока нет.

Смеси, разные по структуре, свойствам и назначению, запрессовывают друг в друга в один асфальтобетонный слой в процессе устройства. В нижний слой покрытия укладывают вибролитую смесь (II тип по ТУ), сверху – высокощебенистую смесь. В результате получают экономичное, прочное, ровное, шероховатое плотное дорожное покрытие, устойчивое к колее и трещинам, рассчитанное на самые тяжёлые условия движения и имеющее большой срок службы.

Для обеспечения проникания одного материала в другой и образования трещиностойкого и сдвигоустойчивого монолита требуется решить многофакторную задачу, включающую подбор оптимальных составов двух материалов, определение эффективной технологической температуры смесей для подстилающего и верхнего слоев покрытия, скорости укладки асфальтобетонной смеси, времени воздействия вибробруса на нее, времени начала работы катков и количества их проходов и др.

В августе прошлого года такой эксперимент был успешно проведён в Москве на Волочаевской улице.

На этой улице с расшатанными трамвайными путями старое разрушенное асфальтобетонное покрытие было удалено фрезой со всей площади, т.е. с 7 тыс. м², на толщину 80 мм. Вместо него сначала была уложена методом вибролитья асфальтобетонная литая смесь II типа толщиной 50 мм, а на следующий день – по ней высокощебенистая смесь тонким слоем толщиной 25 мм, которая была запрессована примерно на 8-10 мм в нижний слой.

Для эффективной запрессовки высокощебенистой смеси в литой асфальтобетон необходимо, чтобы:

– содержание зернистого наполнителя и асфальтового вяжущего в литом асфальтобетоне создавало материал со структурой переходного типа, т. е. порфирово-контактной;

– поверхность литого асфальтобетона сохранялась глянцевой и липкой, по возможности теплой и сухой.

Также необходимо, чтобы высокощебенистая смесь:

– имела максимально возможную температуру, чтобы прогреть и размягчить поверхность нижнего слоя и сохранять свои пластические свойства;

– была достаточно плотной, дабы уменьшить теплоотдачу в атмосферу;

– быстро уплотнялась.

Соответственно указанным требованиям была запроектирована, изготовлена и уложена плотная смесь для запрессовки, в которой содержание щебня фракции 5-15 мм было доведено до 80%, а асфальтового вяжущего вещества – до 20%, при фазовом составе вяжущего 0,5.

Известно, что битум в асфальтобетонной смеси находится не в чистом виде, а в смеси с сорбентами, главенствующую роль среди которых выполняют тончайшие частицы минерального порошка.

В традиционных укатываемых асфальтобетонных смесях асфальтовое вяжущее – слабо концентрированная мастика, и его мало. Оно обволакивает зёрна песка и щебня тонкой плёнкой, очень чувствительной к перегреву. В нашем случае асфальтового вяжущего много, а оболочки на поверхности каменных материалов более толстые и вязкие. Поэтому минеральные компоненты требовалось нагревать до более высокой температуры, чтобы разжижить вяжущее и, с одной стороны, обеспечить быстрое и равномерное распределение концентрированного вяжущего по поверхности зерен, однородность и необходимые технологические свойства смеси (подвижность и уплотняемость), а с другой стороны, не допустить, чтобы высокая температура привела к расслоению смеси и интенсивному испарению летучих компонентов битума.

Исходя из этого, а также учитывая высокую температуру воздуха при укладке – 30 ⁰С, высокощебенистая смесь имела температуру 200-210 ⁰С.

Следует отметить, что бояться старения битума в текучих или, как в нашем случае, вязко-пластичных системах всё же не надо. Можно считать, что происходит переход битума из одной марки в более высокую, т.е. увеличение теплоустойчивости битумных оболочек, а это и требуется, чтобы повысить сопротивление асфальтобетона пластическим деформациям. К примеру, литую смесь никто не опасается выпускать с температурой 220-240 ⁰С.

Выдвинутая нами гипотеза о целесообразности и возможности строительства дорожных покрытий методом высокотемпературного вибролитья и запрессовки нашла своё подтверждение ещё в одном эксперименте. В конце октября 2007 года было построено тонкослойное покрытие взамен подверженного колееобразованию старого и залатанного покрытия на Новорязанском шоссе у МКАД. По заданию Департамента жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г. Москвы было заменено 40 тыс. м² асфальтобетонного покрытия на четырёх полосах движения в каждом направлении.

Работы по устройству тонкослойного покрытия выполняли в сложных условиях – ночью, при температуре воздуха, близкой к 0 ⁰С. Смесь укладывали слоем толщиной 25 мм на грубо отфрезерованную поверхность старого покрытия асфальтобетона типа «А», часть которого всё же осталась в покрытии, т.к. фрезерование было проведено не на всю толщину, а лишь на 30 мм.

В этих условиях необходимо было:

– обеспечить сплошное и равномерное грунтование поверхности основания;

– придать высокощебенистой смеси ещё более высокую плотность за счёт включения в состав отсева дробления, увеличения содержания вяжущего вещества, придания смеси вязко-пластичной консистенции;

– поднять температуру смеси до 220-225 ⁰С;

– исключить просыпание смеси перед приёмным бункером асфальтоукладчика;

– снизить скорость укладки до минимума;

– работать с включённой вибрацией, как на укладчике, так и на катках;

– сократить дистанцию подхода катков к укладчику до минимума;

– увеличить массу катков, а также сократить число их проходов;

– завершить виброуплотнение и частичную запрессовку смеси, прежде чем она остынет ниже 180 ⁰С.

При соблюдении указанных требований обеспечивались:

– прогрев отфрезерованной поверхности на глубину примерно 2-5 мм до 100 ⁰С и её размягчение;

– мгновенный распад битумной эмульсии, расплавление грунтовочного слоя и его проникание в трещины, поры и микродефекты старого покрытия;

– тиксотропное разжижение вязко-пластичной высокощебенистой смеси под действием виброплиты укладчика, быстрая упаковка зёрен в слое, расширение и частичный выход асфальтового вяжущего вещества к поверхности покрытия с закупориванием и герметизацией межзернового пространства;

– частичная запрессовка зёрен высокощебенистой смеси в поверхность нижнего слоя и прочное склеивание слоёв между собой.

С большой долей вероятности ожидается, что:

– мелкие дефекты старого покрытия залечились, и оно стало более защищенным от коррозии и дальнейшего разрушения;

– высокие фрикционные характеристики покрытия во влажном состоянии, а также при применении противогололёдных реагентов обеспечиваются как сразу после его устройства, так и при его продолжительной эксплуатации;

– повышается устойчивость покрытия к колее;

– достигается впечатляющий эстетический эффект;

– движение по дороге открывается сразу и без ограничения скорости;

– дорога эффективно поддерживается в хорошем состоянии при минимальных затратах.

Весьма привлекательным по ровности, шероховатости, эстетике, экономичности и срокам службы может стать способ устранения колеи литой смесью I или V типа. При этом заделку колеи проводят в зимнее время, а затем в теплое время года перекрывают проезжую часть высокощебенистой смесью, с её частичной запрессовкой как в литой асфальтобетон, так и в рядом находящееся покрытие, не подверженное колееобразованию.

Использование литых асфальтобетонных смесей        в России приобрело в последнее время массовый характер, особенно при ямочном ремонте дорожных покрытий.

Удобство литьевой технологии для ремонта выбоин и ям на дорожном покрытии связано прежде всего с тем, что

ð          смесь до выгрузки постоянно находится в отапливаемой теплоизолированной ёмкости термоса-миксера и перемешивается;

ð          промежуток времени от начала выгрузки до укладки составляет несколько секунд;

ð          смесь может выдаваться как малыми, так и большими порциями;

ð          смесь обладает высокой подвижностью, а асфальтобетон формируется без укатки;

ð          смесь имеет высокую температуру, вследствие чего высушивает влажную поверхность карты и обеспечивает сцепление нового материала со старым покрытием;

ð          близкая к нулю пористость литого асфальтобетона обеспечивает большой срок службы отремонтированной карты.

Зимой низкая температура способствует быстрому охлаждению слоя смеси, что позволяет уже по истечении 20 минут открыть движение по отремонтированному участку.

При температуре ниже –10 ⁰С карты стараются делать небольших размеров (площадью не более 3 м²). Кромки карт режут ровно с помощью резательных машин. Слой внутри карты удаляют с помощью отбойного молотка. Использование отбойного молотка для обрубки карты по контуру не рекомендуется, так как от вибрации на покрытии могут образоваться микротрещины, развитие которых чревато появлением сколов, новых выбоин и др. разрушений покрытия вокруг отремонтированной карты.

После очистки подготовленной карты от скола, льда, песка, соли карту заполняют литой асфальтобетонной смесью. Подачу и распределение смеси ведут интенсивно.

Ремонт асфальтобетонного покрытия при отрицательных температурах требует оперативной и согласованной работы звеньев, готовящих карты и производящих укладку в них литой смеси.

Водитель машины должен постоянно следить за температурой смеси, не допуская её падения ниже 200 ⁰С.

При отрицательной температуре воздуха литая смесь должна иметь более высокую температуру (220-230 ⁰С) и её следует укладывать в безветренную погоду или при слабом ветре. При температуре минус 10 ⁰С и скорости ветра 2 м/сек смесь укладывают слоем не менее 5 см.

При заделке глубоких выбоин (более 10 см) смесь укладывают сразу в один слой, а при мелких выбоинах (глубиной до 3 см) их углубляют до 5 см и только потом заполняют литой смесью.

При температуре воздуха ниже –20 ⁰С и скорости ветра более 5 м/сек от ремонта асфальтобетонного покрытия следует воздержаться.

Литые смеси для ямочного ремонта можно не только выпускать на АБЗ, но и приготавливать в термосе-миксере, как из новых материалов, так и из вторичного асфальтобетона и полуфабрикатов.

Приготовление литой смеси из новых материалов, вторичного асфальтобетона и полуфабрикатов в термосе-миксере производится по соответствующим техническим регламентам и рецептуре.

Готовая продукция может использоваться сразу или заготавливаться впрок в виде брикетов (полуфабрикатов). Брикеты получают горячим формованием в специальных формах. Перед заполнением форм поверхности контакта обрабатываются антиадгезивом при расходе 0,5 кг/м². После остывания брикеты извлекают из форм и упаковывают в полиэтиленовые мешки или плёнку. Упакованные брикеты хранят в штабелях высотой не более одного метра на поддонах в прохладном месте.

При производстве литой смеси требуемое количество брикетов с помощью погрузчика помещают в мешалку термоса-миксера, разогревают при постоянном перемешивании до температуры 180-200 ⁰С и доводят смесь до однородного вязко-текучего состояния.

При использовании новых материалов важная роль отводится их подготовке. Щебень и песок должны быть высушены до влажности не более 1%, минеральный порошок быть абсолютно сухим и расфасованным в мешки по 50 кг, а битум – в жидком или твёрдом виде и обезвоженным. В ряде случаев удобно вместо битума применять заранее приготовленные брикеты асфальтового вяжущего вещества.

Фазовый состав и количество асфальтового вяжущего вещества назначают с учётом свойств исходной горной породы (основная или кислая, плотная или пористая), гранулометрического состава смеси щебня и песка, тонкости помола минерального порошка и марки битума.

При выпуске литой смеси с использованием вторичного асфальтобетона (колотого асфальтобетона или асфальтовой крошки) необходимо:

ð          предварительно рассортировать сырьё на песчаное и мелкозернистое и рассчитать содержание каждого в смеси;

ð          определить в лаборатории содержание и фазовый состав асфальтового вяжущего вещества, выбрать оптимальный состав по результатам определения подвижности литой смеси и деформации образцов литого асфальтобетона под штампом;

ð          приступить к изготовлению смеси.

Приготовление начинают с загрузки в смеситель с помощью автопогрузчика рассчитанного количества брикетов асфальтового вяжущего вещества, их разогрева до жидкого состояния. Затем порционно вводят песчаное и мелкозернистое сырье, нагревают смесь до температуры 180-200 ⁰С и перемешивают до однородного вязко-текучего состояния.

Приготовление литой асфальтобетонной смеси из новых материалов в термосе-миксере обходится дороже, чем в заводской смесительной установке, на 15-20%. Однако с учётом использования оборудования как смесителя, транспортного средства и ремонтера, особенно при выполнении непредвиденных, экстренных работ в неблагоприятных погодных условиях, затраты окупаются сравнительно быстро. А при использовании вторичного асфальтобетона и сама смесь становится дешевле заводской.

Таким образом, разработанные в нашей стране вибролитьевые и литьевые технологии строительства и ремонта асфальтобетонных покрытий открывают новые широкие возможности повышения транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог.