CC BY
85
УДК 625.7/8
ХОЛОДНІ СУМІШІ НА ОСНОВІ ФРЕЗЕРОВАНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНУ ДЛЯ БУДІВНИЦТВА ШАРІВ ДОРОЖНІХ ОДЯГІВ
B.К. Жданюк, професор, д.т.н.,
C.Г. Міхович, професор, к.т.н.,
О.В. Говоруха, аспірант, ХНАДУ, М.Я. Гнатів, директор, Ю.П. Іваниця, гол. інженер, ДП “Тернопільський облавтодор”
Анотація. Виконано дослідження властивостей холодних сумішей на основі фрезерованого асфальтобетону. Встановлено вплив концентрації і виду в ’яжучого на фізико-механічні властивості бетону. Проведено експериментальну перевірку результатів досліджень у виробничих умовах.
Ключові слова: холодні суміші, фрезерований асфальтобетон, цемент, бітумна емульсія, фізико-механічні властивості.
Вступ
Асфальтобетонні покриття є найбільш розповсюдженими не тільки на міських дорогах та вулицях, а й на автомобільних дорогах загального користування. Асфальтобетонний тип покриття забезпечує комфортні умови руху транспортних засобів та високі експлуатаційні характеристики.
Термін служби асфальтобетонних покриттів на автомобільних дорогах загального користування не перевищує 14-16 років, а на міських дорогах та вулицях він удвічі менше. Недостатня довговічність асфальтобетонних покриттів є наслідком багатьох причин. Однією з таких причин є суттєве зростання в останнє десятиліття парку автомобільного транспорту за рахунок утворення нових приватних підприємств та ділової активності населення України. При цьому зросла інтенсивність руху автомобілів і їх руйнівний вплив на асфальтобетонні покриття доріг.
Аналіз публікацій
Відома технологія відновлення роботоздатності існуючих асфальтобетонних покриттів, яка полягає у їх перекритті новим шаром асфальтобетону із гарячих асфальтобетонних сумішей. Про низьку ефективність такої технології свідчать результати багатьох досліджень [1-4].
В останні роки в Україні при ремонті та реконструкції автомобільних доріг поширюється технологія холодного фрезерування асфальтобетонних покриттів. У 2003 році в результаті фрезерування утворилося 74 тис. м3 фрезерованого асфальтового дрібняку.
Визначальними факторами повторного використання фрезерованого асфальтового дрібняку у дорожньому будівництві є економічні чинники. Стимулюють технологію повторного використання асфальтового дрібняку переваги стосовно збереження запасів природних мінеральних ресурсів та зниження потреби у транспортних засобах, необхідних для перевезення дорожньо-будівельних матеріалів до місця виконання робіт. Реалізація “холодної” технології повторного використання фрезерованого асфальтового дрібняку при будівництві конструктивних шарів дорожніх одягів має переваги відносно впливу на довкілля.
Введення у фрезерований асфальтовий дрібняк в’яжучого, їх змішування, укладання та наступне ущільнення суміші, забезпечує зростання міцності отриманого конструктивного шару. При цьому міцність улаштованого покриття залежить від виду застосованого в’яжучого. Як в’яжучі можливо застосовувати бітумні емульсії, спінений бітум, цемент або ж їх композицію.
Відомо [2], що не існує жодних проблем із застосуванням цементу при реалізації технології повторного використання фрезерованого асфальтового дрібняку при будівництві конструктивних шарів дорожніх одягів, якщо вони перекриваються асфальтобетонним шаром достатньої товщини. Попереднє нарізання поперечних швів з кроком у 3 м у свіжоукладеному шарі із суміші фрезерованого дрібняку з цементом є найефективнішим способом мінімізації появи відображених тріщин у влаштованому зверху асфальтобетонному покритті.
Мета і постановка задачі
Одночасне використання цементу та бітумної емульсії для укріплення фрезерованого асфальтового дрібняку забезпечує підвищену деформатив-ність матеріалу та меншу схильність до усадки у порівнянні із сумішами, укріпленими тільки цементом. Структура бетону на основі таких сумішей характеризується двома видами зв’язків: коа-гуляційними і кристалізаційними. Перший вид зв’язків наближає цей матеріал до асфальтобетону, а другий - сприяє створенню в ньому достатньо жорсткого просторового каркасу. Одночасна наявність жорстких і еластичних зв’язків надає такому бетону деякі специфічні властивості. Виконаними раніше дослідженнями [4-7] встановлено, що на відміну від звичайного асфальтобетону для цього матеріалу характерна менша залежність властивостей від температури, підвищена міцність і зсувостійкість при високих температурах. У меншій мірі вивчені тривала водостійкість та морозостійкість таких бетонів. Метою цього дослідження є оцінка впливу концентрації в’яжучих у складі фрезерованого дрібняку на показники водостійкості та морозостійкості бетонів на їх основі.
Результати експериментальних досліджень
Кафедрою будівництва і експлуатації автомобільних доріг ХНАДУ спільно з ДП “Тернопільський облавтодор” проведені дослідження властивостей бетонів на основі фрезерованого дрібняку з використанням у якості в’яжучих катіонних бітумних емульсій, цементу та одночасно обох видів вказаних в’яжучих. Ущільнення зразків у лабораторних умовах здійснювалося при стандартному навантаженні.
Результати досліджень, що наведені у табл. 1, свідчать про вплив концентрації та виду
в’яжучого на фізико-механічні властивості бетону на основі фрезерованого асфальтового дрібняку. Звертає на себе увагу більша величина границі міцності при досліджуваних температурах та коефіцієнтів водостійкості бетонів на основі цементу, порівняно з бетонами на основі комбінованого в’яжучого. Особливо відчутно це позначається на показнику границі міцності при 50 °С. Спостерігається суттєве зменшення показників границі міцності бетонів із збільшенням концентрації бітумної емульсії у їх складі. Проте емульсія забезпечує зменшення показників водонасичення та збільшення коефіцієнтів короткочасної та тривалої водостійкості бетонів.
Для встановлення впливу змінного замерзання-відтавання на корозійну стійкість досліджуваних бетонів виготовлялись зразки із фрезерованого асфальтобетону з постійним вмістом цементу (5 %) та різною концентрацією бітумної емульсії. Результати дослідження залежності коефіцієнту морозостійкості від кількості циклів замерзання-відтавання показують (табл. 2), що бетони з підвищеною кількістю бітумної емульсії характеризуються більшою стійкістю до змінного замер-зання-відтавання. У бетонів на основі цементу протягом перших 10-15 циклів спостерігається більш різке падіння коефіцієнта морозостійкості, ніж у бетонів на комплексному в’яжучому.
ДП “Тернопільський облавтодор”, при науково-технологічному супроводі кафедри будівництва і експлуатації автомобільних доріг ХНАДУ, восени 2003 та 2004 років на мережі доріг Тернопільської області побудовано дві дослідні ділянки із використанням холодних сумішей із фрезерованого асфальтового дрібняку. На першій ділянці для приготування суміші у якості в’яжучого використовувався цемент, а на другій - цемент та швидкорозпадна катіонна бітумна емульсія.
Таблиця 1 Фізико-механічні властивості бетону на основі фрезерованого асфальтового дрібняку
№ Назва показників властивостей Вміст емульсії, %
0 2 4
Вміст цементу, %
0 3 5 7 0 3 5 7 0 3 5 7
1 Середня щільність, кг/м3 2248 2266 2275 2280 2205 2228 2244 2262 2156 2193 2209 2229
2 Водонасичення,% 6,7 4,9 4,6 4,3 6,6 4,8 4,5 3,8 6,4 4,7 4,2 3,5
3 Набрякання, % 0,4 0 0 0 0,4 0 0 0 0,3 0 0 0
4 Границя міцності при стисканні, МПа, при температурі:
0 °С 6,9 9,6 10,3 10,5 4,7 8,1 8,6 9,8 4,3 5,7 6,9 8,0
20 °С 2,3 4,0 4,7 5,1 1,9 3,6 3,8 4,2 1,5 2,5 3,3 3,6
50 °С 0,2 1,4 1,9 2,0 0,3 1,2 1,4 1,5 0,2 0,7 0,9 1,2
5 Коефіцієнт короткочасної водостійкості 0,61 0,82 0,83 0,83 0,49 0,81 0,82 0,86 0,46 0,83 0,85 0,85
6 Коефіцієнт тривалої водостійкості 0,40 0,80 0,81 0,82 0,34 0,76 0,78 0,81 0,34 0,75 0,77 0,82
Таблиця 2 Коефіцієнт морозостійкості бетону на основі фрезерованого асфальтового дрібняку
Вид матеріалу та в яжучого Кількість циклів замерзання- відтавання
5 10 20 30 50
5 % цементу (дрібняк із асфальтобетону на основі вапняку) 0,81 0,70 0,64 0,61 0,57
5 % цементу (дрібняк із асфальтобетону на основі граніту) 0,89 0,83 0,79 0,77 0,74
5 % цементу + 2 % емульсії (дрібняк із асфальтобетону на основі граніту) 0,90 0,85 0,78 0,74 0,67
5 % цементу + 4 % емульсії (дрібняк із асфальтобетону на основі граніту) 0,96 0,92 0,87 0,83 0,77
Бетони на основі виготовлених сумішей характеризувались такими показниками фізико-механічних властивостей: середня щільність - 2295 кг/м3 та 2210 кг/м3; водонасичення - 4,9 % та 4,5 %; набрякання - 0,1 % та 0,2 %; границя міцності при стисканні при температурі 0 °С - 10,1 МПа та 5,2 МПа, 20 °С - 5,0 МПа та 2,4 МПа, 50 °С - 1,8 МПа та 0,8 МПа; коефіцієнт водостійкості - 0,78 та 0,96 і коефіцієнт тривалої водостійкості - 0,65 та 0,85 відповідно.
Виробничим експериментом встановлена доцільність заміни швидкорозпадної катіонної бітумної емульсії на повільнорозпадну, оскільки у першому випадку відбувається налипання холодної суміші на стінки асфальтозмішувача та скіпового підйомника і, відповідно, зменшення продуктивності асфальтобетонного заводу.
Спостереження за дослідними ділянками показали, що вони знаходяться в задовільному стані. Місцями спостерігається лущення, що свідчить про необхідність влаштування тонкого захисного шару із литих емульсійно-мінеральних сумішей або поверхневої обробки.
Висновки
Пластичні деформації асфальтобетонних покриттів у вигляді колій і напливів, а також сітки тріщин та інші дефекти і руйнування, які спостерігаються на мережі автомобільних доріг України, вказують на перспективність технології холодного ресайклінгу асфальтобетонних покриттів, особливо у регіонах, де відсутні власні кам’яні матеріали. При реалізації технології холодного ресай-клінгу асфальтобетонних покриттів з характерними пластичними деформаціями доцільно використовувати у якості в’яжучого цемент, або комбіноване в’яжуче з низьким співвідношенням бітумної емульсії та цементу у складі бетону. Виготовлення холодних сумішей із фрезерованого асфальтового дрібняку можливо його змішуванням з в’яжучим на будівельному майданчику із
твердим покриттям, а також у асфальтозмішу-вальних установках. Для підвищення тривалої водостійкості та морозостійкості покриттів із таких бетонів доцільно улаштовувати шорсткий захисний шар за способом поверхневої обробки або із литих емульсійно-мінеральних сумішей.
Література
1. Sybilski D. Challenges of pavement rehabilitation
in Central and Eastern Europe region // Seminar on road pavement recycling. - Warsaw, Poland. - 2002.
2. Corte J.-F. Cold in-place recycling with emulsion
or foamed bitumen // Seminar on road pavement recycling. - Warsaw, Poland. - 2002.
3. Sybilski D., Mechowski T. Czy stosowac w Polsce
recykling na goraco na drodze nawierzchni bitumicznych? / Czesc 1: Badania odcinkow nawierzchni / Czesc 2: Ocena skutecznosci technologii // Drogownictwo. - №10 (51). -1996. - Р.298-304. - №11 (51). - 1996. -Р. 320-324.
4. Бахрах Г.С. „Холодная” технология регенера-
ции дорожных одежд / Сб. научн. тр. // НПО РосдорНИИ. - 1994. - Вып. 7. - С. 63-74.
5. Жданюк В.К., Говоруха О.В., Гнатів М.Я., Іва-
ниця Ю.П. Улаштування шарів дорожнього одягу із застосуванням фрезерованого асфальтового дрібняку // Автошляховик України. - 2003. - №2. - С.30-31.
6. Zhdanyuk V., Govorukha A., Gnativ N., Ivanitsa J.
Execution pavement layers using milled asphalt concrete // Transcom 2003 5-th European Conference in Transport and Telecommunications, Section 7. - 2003. - Р.37-40.
7. Жданюк В.К., Говоруха О.В., Гнатів М.Я., Іва-
ниця Ю.П. Перспективи використання холодних органогідравлічних сумішей на основі фрезерованого дрібняку // Автошляховик України. - 2004. - №2. - С.37-38.
Рецензент: В.В. Філіпов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 7 лютого 2005 р.
