CC BY
135
Лысых Анна Сергеевна, магистрант группы ПОмз-12-1, тел.: +79041230113;.e-mail:barhatova1990@mail.ru; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Tolstoy M.Yu., сandidate of technical sciences, professor, department of engineering services and life-support systems, tel.: (3952) 40-56-09, 89149271445, e-mail: tolstoi@istu.edu; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Korzun N.L., Candidate of medical science, associate professor, department of engineering services and life-support systems, tel.: 89149100532, e-mail: korzun.nikita@mail.ru; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Alekseenko V.V., Associate Professor, Automobile Thoroughfares Department, e-mail: alavic59@yahoo.com; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Lysykh A.S., candidate for a master's degree, tel.: +79041230113;.e-mail:barhatova1990@mail.ru; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
УДК 69.001.5
ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ В ОСНОВАНИЯХ И ПОКРЫТИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
© С.С. Шабуров, Р.П. Уласович
В статье рассматривается возможность применения холодных органоминеральных смесей в основаниях автомобильных дорог при строительстве и реконструкции в I-й до-рожно-климатической зоне. Проведено экономическое сравнение вариантов устройства основания методом холодного ресайклинга против основания из органоминеральной смеси. Приведены опытные примеры применения органоминеральных смесей для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог в I-й дорожно-климатической зоне.
Ключевые слова: органоминеральная смесь; битумоминеральные открытые смеси; холодный ресайклин; асфальтобетонные смеси.
ORGANO-MINERAL MIXTURES IN BASEMENTS AND ROAD COVERS IN SEVERE
CLIMATE CONDITIONS
© S.S. Shaburov, R.P. Ulasovich
In the article we consider the possibility to use cold organo-mineral mixtures in basements of automobile roads during the building and reconstruction in the first road-climate zone. We have hold economical comparison of the ways of arranging the basement by the cold recycling against the basement of organo-mineral mixture. We have given experienced examples how to use organo-mineral mixtures to arrange the basement and road cover in the first road-climate zone.
Key words: organo-mineral mixture, bitum-mineral open mixtures, cold recycling, asphalt-concrete mixtures.
Для экономического благополучия любой страны необходимы качественная инфраструктура и хорошее качество дорог - ее жизненно важная часть. В период развития Дальневосточных и Северных территорий Российской Федерации возникает необходимость капитального ремонта и реконструкции сети автомобильных дорог как федерального, так и регионального значения. Значительно возрастает транспортный поток, увеличивается объём перевозок по существующим дорогам, что приводит к разрушению дорожных одежд и, как следствие, росту числа ДТП и образованию заторов. Учитывая суровые климатические условия данных регионов, необходима технология, позволяющая максимально увеличить срок службы и эксплуатационные характеристики дорожных одежд.
Низкий технический уровень и транспортно-эксплуатационное состояние большей части дорог страны вызывает ограничения скорости, перерасход топлива, повышенную аварийность, преждевременный износ подвижного состава и другие негативные факторы, в конечном счете, приводят к возрастанию транспортных затрат, которые на настоящее время одни из самых высоких в мире в сравнении с экономически развитыми странами. Эти факторы, в совокупности с низкой плотностью сети автомобильных дорог, негативно сказываются на социальном и экономическом развитии страны.
Широко применяемые при строительных и ремонтных дорожных работах в настоящее время традиционные и достаточно дорогостоящие горячие асфальтобетонные технологии не решают существующих проблем, как в части эффективного использования выделяемых финансовых ресурсов, так и в части возможности качественного производства дорожных работ по природно-климатическим факторам. Отсюда следует, что вопросы выбора относительно недорогих эффективных технологийстроительства, реконструкции, ремонта автомобильных дорог, которые бы одновременно решали и проблему увеличения строительного сезона, становятся ключевыми. Такая постановка задачи имеет чрезвычайно важное значение, особенно для огромной территории Сибири, Забайкальского края, Якутии, Дальнего Востока с длительными временными периодами пониженных температур, большими суточными температурными перепадами в весенний и осенний периоды года.Одним из направлений в решении этих вопросов является применение в конструкциях дорожных одежд холодных органоминеральных смесей. Именно таким подходом могут быть решены проблемы экономного расходования имеющихся ресурсов и проблемы межсезонья. В период с 2012 по 2014 годы ОАО «Труд» осуществляло работы по капитальному ремонту федеральной автомобильной дороги А 166 «Чита-Забайкальск до границы с китайской Народной Республикой» (км 165+00 - км 178+00; км 234 - км 248). Проектной документацией предусмотрено устройство основания методом холодного ресайклинга и последующего устройства двухслойного асфальтобетонного покрытия. Однако, проведя технико-экономическое сравнения вариантов устройства дорожной одежды, был сделан вывод о целесообразности замены технологии холодного ресайклинга на технологию устройства основания из органоминеральной смеси (табл. 1).
Таблица1
Технико-экономическое сравнение вариантов
№ п/п Наименование работ Единица измерения Стоимость, руб. в базисных ценах (на 01.01.2000)
1 Устройство дорожной одежды с применением метода холодного ресайк-линга (рис. 1) 2 м 294,23
2 Устройство дорожной одежды с применением органоминеральной смеси (рис.2) 2 м 254,84
Рис. 1. Проектное решение дорожной одежды при капитальном ремонте ФАД
А-166 «Чита - Забайкальск»
По предложению ОАО «Труд» был выполнен расчет и предложена конструкция дорожной одежды с устройством верхнего слоя основания из органоминеральной смеси по ГОСТ 30491-2012 толщиной 12см по слою из щебеночно-песчаной смеси С4.. толщиной 18 см и двухслойного покрытия из асфальтобетона.
Рис. 2. Согласованное и реализованное решение дорожной одежды при капитальном
ремонте ФАД А-360 «Чита - Забайкальск»
Общая толщина предложенной конструкции дорожной одежды составила 41 см, против 50 см предусмотренной проектом и полностью отвечает всем прочностным характеристикам. Состав органоминеральной смеси представлен в табл.2.
Таблица 2
Состав органоминеральной смеси
№ Наименование материала Состав минеральной Дозировка на
п/п части, % (эмульсия, замес (1250 кг), в кг
вода сверх 100%)
1 ЩПС 98 1250
2 Портландцемент ЦЕМ П/А-3, 32,5 Б 2 25
3 Битумная эмульсия ЭБК 3 10,5 131
4 Вода 4 50
В качестве вяжущего материала использовалось комплексное вяжущее (катионная битумная эмульсия ЭБК-3 + цемент в количестве 2%). В качестве эмульгатора для приготовления битумной эмульсии использовалась присадка БАП-ДС-3 марки «Б» (ТУ 2482005-33992933-2014) производства ЗАО «НПП «Алтайспецпродукт» (г. Бийск). Начиная с 2007 года и по настоящее время ОАО «Труд» применяет указанную присадку не только как добавку, улучшающую адгезионные качества битумов, но и как эмульгатор для производства битумной эмульсии. Качество получаемой битумной эмульсии по систематически проводимым лабораторным испытаниям полностью удовлетворяет всем требованиям ГОСТ Р 52128-2003.Таким образом применяемая добавка к битуму БАП-ДС-3Б позволяет улучшить адгезионные качества исходных битумов, а также производить битумные эмульсии, используя только один материал отечественного производства, что позволяет значительно экономить денежные средства. За истекший период было приготовлено и использовано более 12 тыс. тонн битумной эмульсии.
При производстве органоминеральных смесей эмульсионное вяжущее вносится в состав минерального материала фракции 0-40 мм без предварительного нагрева в летний период. С понижением температуры воздуха в осенний и предзимний период битумная эмульсия подогревалась до температуры + 50С - +80С, в таких случаях приготовление и укладка органоминеральной смеси велась при температуре до - 50С. Этот факт говорит о возможности продления строительного сезона за счет раннего начала производства работ в весенний период без риска негативных последствий. Приготовление органоминераль-ной смеси осуществляется на мобильной смесительной установке МХ-30, отрегулированной на производительность до 200 т/час.
Рис. 3. Мобильная установка для приготовления холодных органоминеральных
смесей МХ-30
Производственные и приемочные испытания показали высокую надежность предложенной конструкции и высокие физико-механические свойства органоминеральной смеси (табл.3).
Таблица 3
Физико-механические свойства органоминеральной смеси
№ Наименование Ед. Требования Фактические
п/п показателей измерения ГОСТ 30491 показатели
1 Средняя плотность г/см3 не нормируется 2,53
2 Водонасыщение % не более 10 5,53
3 Набухание % не более 2 0,35
Прочность при сжатии
4 20С МПа не менее 1,4 1,55
50С МПа не менее 0,50 1,22
5 Водостойкость не менее 0,60 0,64
6 Водостойкость при длительном водонасыщении не менее 0,50 0,55
ГОСТ 30491-2012 «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими для дорожного и аэродромного строительства» не допускает использование органоминеральных смесей в основаниях дорожных одежд в 1-й дорожно-климатической зоне и не рекомендует их использование в качестве покрытий автомобильных дорог. Вместе с тем, допускается использование грунтов, укрепленных жидким, вспененным и эмульгированным битумом с добавкой минерального вяжущего в основаниях дорожных одежд с интенсивностью свыше 2000 ед./сутки.
В 2009 году ОАО «Труд» выполнило работы по строительству опытного участка дороги (подъезд к производственной базе ОАО «Труд») с применением органоминеральных смесей в качестве покрытия подъездной автомобильной дороги. Назначенная толщина покрытия составила 8 см. Приготовление органоминеральной смеси осуществлялось также на мобильной смесительной установке МХ-30. Участок был выбран специально, как наиболее нагруженный и именно грузовым движением. Сделанные вырубки осенью 2014 года (после пяти лет эксплуатации) подтверждают предположение о возможности использования органоминеральных смесей в качестве покрытий автомобильных дорог в 1-й дорожно-климатической зоне. Показатели физико-механических свойств представлены в табл.4.
Таблица 4
Физико-механические свойства смеси
№ Наименование показателей Показатели
ГОСТ 30491-2012 Фактические
Керны Переформованные образцы
1 Плотность, г/см3 - 2,39 2,39
2 Водонасыщение, % по объему от 4,0 до 9,0 8,5 8,9
3 Предел прочности при сжатии, МПа, при:
20 не менее 1,2 - 3,0
50 не менее 0,5 - 0,5
4 Водостойкость не менее 0,55 - 0,56
6 Набухание, % по объему не более 2,5 1,6 2,2
Вместе с тем, несмотря на положительные прочностные характеристики, поверхность покрытия подверглась коррозии. Наблюдаются очаговые явления шелушения и выкрашивания, частичного появления выбоин. Таким образом, можно сделать вывод о необходимости (по истечении 2-3-х лет эксплуатации в зависимости от интенсивности движения) последующего, своевременного устройства тонкослойных защитных слоев (поверхностная обработка, открытые битумоминеральные смеси и др.), покрытий автомобильных дорог из органоминеральных смесей.
Среди преимуществ применения органоминеральных смесей в конструкциях дорожных одежд следует выделить:
- значительное снижение стоимости выполняемых дорожных работ в сравнении с горячими асфальтобетонными технологиями;
- высокие темпы производства работ;
- минимальные температурные ограничения, а соответственно увеличение продолжительности строительного сезона;
- использование имеющегося оборудования и парка дорожной техники для приготовления и укладки битумоминеральных смесей (приготовление органоминеральных смесей возможно на стандартных асфальто-смесительных установках с минимальной их модернизацией по увлажнению минерального материала);
- исключение необходимости дополнительного приобретения какого-либо специального оборудования и специальных машин импортного производства;
- технология холодного ремонта автомобильных дорог как нельзя лучше отвечает экологическим требованиям;
- большой диапазон в использовании минеральных материалов (минеральный материал может состоять либо из старого материала дорожной одежды, либо из нового или же из комбинации старого и нового) и вяжущего в зависимости от поставленных задач.
Учитывая небольшой опыт устройства слоёв оснований и покрытий автомобильных дорог из холодных органоминеральных смесей в I-й дорожно-климатической зоне и требования ГОСТ 30491-2012 «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства», ограничивающие их применение, целесообразно расширить выполнение опытно- конструкторских и исследовательских работ с применением органоминеральных смесей в основаниях и покрытиях автомобильных дорог в разных регионах I-й дорожно-климатической зоны с обязательным обеспечением научного и лабораторного сопровождения как технологических процессов, так и системного мониторинга опытных участков.
Накопление необходимой информации о прочностных и транспортно-эксплуатационных характеристиках опытных участков автомобильных дорог с применением органоминеральной смеси в конструкциях дорожных одежд позволит ставить вопрос о широком применении данной технологии на всех территориях, отнесенных к I-й климатической зоне.
Статья поступила 12.05.2015 г.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 30491-2012. Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства.
2. ТУ 2482-005-33992933-2014. Адгезионная присадка к дорожным битумам и эмульгатор БАП-ДС-3.
3. ГОСТ Р 52128-2003.Эмульсии битумные дорожные. Технические условия.
Информация об авторах
Шабуров Сергей Семёнович, кандидат технических наук, доцент; профессор кафедры автомобильных дорог, тел.: +7(3952)625-889, E-mail: gling@zaotrud.ru, Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Уласович Роман Петрович, магистрант кафедры автомобильных дорог, тел.: +7(3952)925-035; E-mail: ulasovich@zaotrud.ru, Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Shaburov S.S., Candidate of Technical Sciences, associate professor, Automobile Thoroughfares Department, tel.: +7(3952)625-889, E-mail: gling@zaotrud.ru, Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Ulasovich R.P., candidate for a master's degree, tel.: +7(3952)925-035; E-mail: ulaso-vich@zaotrud.ru, Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
