CC BY
532
УДК 624.21.09
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Г агарина Ю.А.»
Россия, Саратов1 Профессор, доктор технических наук E-Mail: BridgeSar@mail.ru
Овчинников Илья Игоревич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Г агарина Ю.А.»
Россия, Саратов Доцент, кандидат технических наук E-Mail: BridgeArt@mail.ru
Телегин Максим Александрович
ФБГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия»
Россия, Омск Доцент
E-Mail: telegin_ma@mostovik.ru
Эффективные конструкции дорожных одежд с применением асфальтобетона на мостовых сооружениях
Аннотация: Известно много точек приложения для асфальтовых материалов. Одно из возможных направлений применения асфальтобетона - мостовые сооружения. Мосты бывают различных типов и могут быть выполнены из разных материалов, таких как бетон, камень, дерево, сталь, железобетон. В данной статье будет рассмотрен иностранный опыт применения асфальтобетона на металлических и железобетонных мостах, наиболее широко распространенных в настоящее время. В Европе большинство (если не все) стальных или железобетонных мостов имеют в качестве дорожного покрытия асфальтобетон. Одна из главных причин использования асфальтобетона заключается в том, что он хорошо защищает стальные и железобетонные конструкции от действия воды и противогололедных материалов (солей). В данной статье описываются системы асфальтобетонных покрытий, наиболее часто используемых на стальных и железобетонных мостах. В статье описаны слои дорожной
1 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77
Хохлов Сергей Викторович
Корпорация «ТемпСтройСистема®» Россия, Москва
Руководитель направления Транспортное строительство
E-Mail: s.khokhlov@tempstroy.ru
одежды, наиболее часто используемые на стальных и железобетонных плитах проезжей части мостов. В общем случае дорожная одежда с применением асфальтобетона может состоять из четырех различных слоев: адгезионного (клеящего) слоя (праймера), слоя гидроизоляции, защитного слоя и слоя асфальтобетонного покрытия. Эти четыре слоя рассмотрены в статье. В четвертой части статьи описаны слои дорожной одежды отдельно для металлической плиты проезжей части и железобетонной плиты проезжей части и показано различие между ними. В следующей части статьи описаны асфальтобетонные смеси, используемые для устройства асфальтобетонных слоев дорожной одежды. В заключение рассмотрены вопросы содержания и ремонта дорожной одежды на мостах.
Ключевые слова: Асфальт; дорожная одежда; мост; плита проезжей части; ортотропная плита; адгезионный слой; защитный слой; гидроизоляция; асфальтобетонное покрытие; содержание; ремонт.
Идентификационный номер статьи в журнале 76УУЫ114
Igor Ovchinnikov
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov E-Mail: bridgesar@mail.ru
Ilya Ovchinnikov
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov E-Mail: bridgeart@mail.ru
Maksim Telegin
Siberian state automobile and highway academy (SIBADI)
Russia, Omsk E-Mail: telegin_ma@mostovik.ru
Sergey Hohlov
Corporation «TempStroySistema®» Russia, Moscow E-Mail: s.khokhlov@tempstroy.ru
Effective asphalt pavement structure on the bridges
Abstract: There are many applications for asphalt. One of them is on bridges. There are many types of bridges and these bridges can be constructed from different building materials such as concrete, stone, wood or steel. This paper will concentrate on the use of asphalt on steel and concrete bridges, the most popular of modern types. In Europe most (if not all) steel and concrete bridges have an asphalt surfacing on top. One of the main reasons for using asphalt is to protect the steel and concrete structures from water and de-icing salts. This paper describes the systems that are mostly used for steel and concrete bridges. In paper the layers used on the bridge decks are described. In general, the asphalt bridge pavement system can be split into four different layers: a sealing/bonding layer (primer), a waterproofing layer, a protecting layer and the asphalt surface layer. These four layers are described. Chapter four of the paper describes the asphalt layers for steel bridge decks and concrete bridge decks and it explains the differences between steel and concrete bridge structures. The bituminous mixtures used for asphalt layers on bridge decks are listed in next chapter. Maintenance and rehabilitation is addressed in last chapter.
Keywords: Asphalt; pavement; bridge; bridge decks; orthotropic steel plate; bonding layer; protecting layer; waterproofing; asphalt surface layer; maintenance; rehabilitation.
Identification number of article 76VVN114
Введение
Одно из возможных направлений применения асфальтобетона - мостовые сооружения. Мосты бывают различных типов и могут быть выполнены из разных материалов, таких как бетон, камень, дерево, сталь, железобетон. Мосты можно классифицировать по-разному. При этом учитывается тип конструктивных элементов, характер их использования, их неподвижность или подвижность, а также вид используемого материала. По схеме работы мосты бывают балочные, ферменные, консольные, арочные, висячие и вантовые, а также либо стационарные, либо подвижные (у нас их не совсем корректно называют разводными), совмещенные, виадуки, эстакады, когда пролеты мостов объединяются в одну протяженную конструкцию. В зависимости от вида используемого материала мосты в основном бывают железобетонными, металлическими, сталебетонными и реже из полимерных композитных материалов или представляют собой комбинацию этих материалов.
В данной статье будет рассмотрен иностранный опыт применения асфальтобетона на металлических и железобетонных мостах, наиболее широко распространенных в настоящее время.
Вопросы применения различных дорожных одежд на мостах в России рассмотрены в монографиях [1, 2] и статьях [3-11]
В настоящей работе использованы данные публикаций [12, 13, 14,15].
Во многих современных металлических мостах в качестве плиты проезжей части используются ортотропные плиты. Орторопная плита состоит из металлического настила, поддерживаемого системой продольных и поперечных ребер жесткости. Ребра жесткости могут быть или полосовыми или коробчатыми. Из-за различия свойств во взаимно перпендикулярных (ортотропных) направлениях такие конструкции и называют ортотропными плитами [13].
Основная причина использования асфальта и асфальтобетонных слоев на мостах, заключается в необходимости защитить мостовые конструкции от возможных повреждений (вызванных действием антигололедных смесей) и обеспечить их большую долговечность.
Слои дорожной одежды на плите проезжей части
К дорожной одежде на плите проезжей части моста предъявляется ряд важных требований, в том числе: способность деформироваться, сохраняя структуру; обеспечивать сопротивление скольжению; необходимая жесткость; ровность; устойчивость к старению и ряд других. Она также должна надежно защищать и изолировать нижележащие мостовые конструкции, так как это в значительной степени продлевает срок службы конструкции под действием тяжелого дорожного движения в неблагоприятных погодных условиях [14]. Дорожная одежда должна воспринимать нагрузку от транспорта, передавать ее на нижележащие конструкции, сопротивляться деформациям и обеспечивать хорошее сцепление колес с покрытием. Кроме того, она должна защищать конструкции моста от поверхностной воды, которая в зимнее время содержится в солевых смесях, которые способствуют коррозии. Из-за различных требований к конструкции дорожной одежды на плите проезжей части моста, эти требования не могут быть выполнены с использованием одного слоя дорожной одежды из одного материала, поэтому более эффективным является разделение выполняемых функций между слоями дорожной одежды, то есть использование целой системы, состоящей из нескольких слоев. В общем случае асфальтобетонная дорожная одежда на плите проезжей части моста включает четыре различных слоя: связующий слой (грунтовка), слой
гидроизоляции, защитный слой и поверхностный слой (асфальтобетон).
И хотя на стальных и железобетонных плитах проезжей части могут использоваться различные материалы и технологии, в обоих случаях можно отметить некоторые общие шаги, включающие подготовку поверхности плиты, нанесение герметизирующего слоя (грунтовки), слоя гидроизоляции, защитного слоя и сверху поверхностного слоя. Слой гидроизоляции с защитным слоем часто называют «гидроизолирующей системой».
Поверхностная и подповерхностная дренажные системы могут устраиваться и на железобетонных и на металлических плитах проезжей части. Герметизирующий слой может устраиваться из различных материалов, включая и битумные материалы.
Подготовка поверхности, нанесение связующего слоя
Так как асфальтобетонные слои не могут быть напрямую нанесены на бетонную или стальную основу (поверхность), и при этом они не являются 100% водонепроницаемыми, то необходимо устроить промежуточный связующий слой, который бы обеспечил хорошее сцепление с гидроизолирующим слоем. На железобетонных мостах этот слой закрывает поры в бетоне, что сводит к минимуму риск образования пузырей или вздутий между бетоном и гидроизолирующими слоями.
На стальной ортотропной плите функции связующего слоя следующие:
• обеспечить надежную защиту от коррозии;
• обеспечить достаточно прочную адгезию между ортотропной плитой и слоем гидроизоляции;
• быть устойчивым к действию сдвигающих сил;
• быть стойким к усталостным разрушениям.
Наиболее часто используемыми методами нанесения связующего слоя (праймера, грунтовки) является нанесение какого-либо битумного материала, битумной эмульсии, эпоксидной смолы, полиуретана и т.д.
Перед нанесением связующего слоя (праймера) поверхность ортотропной плиты проезжей части должна быть соответствующим образом подготовлена - очищена, высушена должным образом, не содержать каких-либо примесей.
Поверхность бетона должна иметь достаточный уклон в продольном направлении , чтобы обеспечить водоотвод за счет устройства дренажного слоя, встроенного или устроенного на поверхности асфальтобетонной дорожной одежды. ( Отсутствие такого уклона, как было установлено в ряде случаев, приводит к замачиванию и повреждению бетонных конструкций вследствие проникания в них воды) После набора бетоном достаточной прочности поверхность бетона подвергается пескоструйной обработке для удаления излишков цементного молочка и создания текстуры поверхности, обеспечивающей хорошее сцепление при устройстве гидроизоляции. После пескоструйной обработки нанесение сцепляющего слоя (праймера) производится на очищенную сухую поверхность бетона.
Металлическая ортотропная плита проезжей части моста должна быть без следов коррозии, смазки, масла, влаги или пыли на поверхности перед нанесением сцепляющего слоя (праймера - грунтовки).
Г идроизолирующая система
Гидроизолирующая система обычно состоит из слоя гидроизоляции плюс защитный
слой.
Слой гидроизоляции
Долговечность мостов зависит от эффективности гидроизолирующей системы мостового полотна, включая деформационные швы. Необходимо исключить попадание соленой воды или противогололедных жидкостей на конструктивные элементы моста, чтобы избежать коррозии или при замораживании-оттаивании повреждений бетонных и стальных элементов. Также миграция СО2 может привести к карбонизации и последующему ослаблению бетонных конструкций. Для того чтобы полностью герметизировать и выполнить гидроизоляцию конструкции, используется двухслойная система, так как нельзя исключить возможность появления локальных дефектов. При использовании второго слоя система становится устойчивой к недостаткам, что гарантирует получение водонепроницаемой системы
Основные функциональные требования к гидроизоляции следующие [15]:
• водо- и воздухонепроницаемость при любых условиях;
• хорошая адгезия между конструкцией моста и асфальтобетонной смесью;
• механическое сопротивление (действию нагрузки и теплового расширения);
• сопротивляемость действию противогололедных реагентов;
• совместимость с асфальтобетонной смесью;
• устойчивость к воздействию высоких температур в процессе укладки горячей асфальтобетонной смеси.
Гидроизолирующие материалы для плиты проезжей части можно разделить на три основные категории:
А) Наклеиваемые рулонные системы. Они состоят из предварительно сформированных рулонов гидроизоляционного материала на основе битумных полимерных и эластомерных материалов. Они с помощью битумного адгезива (клея) наклеиваются на плиту проезжей части моста с перекрытием для создания непрерывной мембраны
Б) Распыляемые системы. Они делятся на три разновидности - акриловые, полиуретановые и битумные материалы. Напыляемые жидкие полиуретановые и акриловые мембраны имеют определенные ограничения: низкую адгезию с асфальтобетонным
покрытием, что может привести к преждевременной деформации покрытия и возможность повреждения гидроизолирующей мембраны строительной техникой при фрезеровании во время проведения работ по ремонту дорожной одежды.
С) Мастичная гидроизоляция. Толщина мастичного слоя (который не содержит заполнителя, как литой асфальтобетон) обычно составляет от 8 до 10 мм. Иногда в мастику добавляется резина или полимеры, особенно для стальных мостов, в связи с более высокими динамическими нагрузками.
Защитный слой
В большинстве случаев защитный слой представляет собой слой литого асфальта. Этот слой также служит в качестве второго слоя гидроизоляции. Непористый литой асфальтобетон обычно используется в качестве защитного слоя в дорожной одежде мостового полотна. По различным причинам в некоторых странах предпочтение отдается обычному асфальтобетону в качестве защитного слоя на железобетонной плите проезжей части. Защитный слой на металлической ортотропной плите проезжей части защищает сталь от коррозии и обеспечивает плавную передачу нагрузки от поверхностного слоя к ортотропной плите проезжей части. Следовательно, защитный слой должен быть устойчив к действию нефти, топлива, воды и минеральных солей, менее восприимчив к погодным условиям.
Подповерхностные и поверхностные дренажные системы
Успешная и эффективная дренажная система на плите проезжей части моста должна включать как поверхностный, так и подповерхностный дренаж. В противном случае вода может собираться в лужи или проникать в слои дорожной одежды, и ее присутствие может тормозить движение и вызывать аквапланирование.
Вода может замерзать и превращаться в лед или снег, приводя к образованию ледовых пятен и необходимости водоотвода. Кроме того, это может привести к нарушению основной функции моста - обеспечивать движение транспорта, дождь может содержать агрессивные компоненты, которые могут вызвать деградацию материала конструкций. Так что для успешной и эффективной работы дренажной системы моста следует принимать во внимание и поверхностный и подповерхностный дренаж.
Если нет подповерхностного дренажа, то вода проникает в слой асфальтобетона, который лежит на гидроизолирующей мембране плиты проезжей части. Ударное действие движущегося транспорта на насыщенный водой асфальтобетон может привести к ослаблению проезжей части и, в конечном итоге, всей конструкции моста.
Правильный дренаж плиты проезжей части моста обеспечивает:
• эффективное удаление воды с проезжей части моста, повышение безопасности движения через уменьшение риска аквапланирования.
• долгосрочную эксплуатацию и конструктивную целостность дорожной одежды.
Поверхность / Асфальтобетонный слой
Поверхностный слой должен обеспечивать хорошее сцепление и сопротивляемость заносу, иметь ровную поверхность и низкий уровень шума, что сделает движение транспорта безопасным и комфортным.
Для длительного сохранения требуемых характеристик поверхностный слой должен:
• иметь достаточное сопротивление износу;
• иметь сопротивляемость действию топлива, воды и минеральных солей;
• иметь слабую восприимчивость к погодным условиям;
• служить защитой плиты проезжей части и быть гидроизолирующим слоем;
• иметь высокую стабильность;
• быть устойчивым к усталостным разрушениям;
• сохранять упругость, то есть быть устойчивым к остаточной деформации;
• быть способным распределять нагрузку.
Для обеспечения достаточно высокой адгезии с нижележащим слоем требуется связующий слой, как раз и обеспечивающий хорошую адгезию. В общем случае существует три типа связующих слоев, отличающихся применяемым материалом - на основе горячего жидкого битума, на основе битумной эмульсия (холодного жидкого битума) и на основе синтетических смол. Связующий слой на основе синтетических смол состоит из холодных упрочненных эпоксидных смол, посыпанных песком.
Поверхностный слой выполняется из асфальтобетона. Как правило, на мостах используются такие типы асфальтобетонных смесей, как плотный асфальтобетон, литой асфальтобетон и щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА).
Асфальтобетонные слои
Асфальтобетонные слои для стальных ортотропных плит проезжей части
Поскольку стальная ортотропная плита проезжей части более гибкая, чем железобетонная плита проезжей части, поверхностный слой должен допускать большие перемещения без растрескивания, что приводит к конфликту с требованием высокой жесткости, обеспечивающей хорошие эксплуатационные свойства. В стальных конструкциях имеют место большие деформации ортотропной плиты проезжей части и потому усталостные разрушения асфальтобетонных слоев более важны для стальных мостов, чем для бетонных мостов (где такой проблемы нет). Таким образом, необходимо найти оптимум между сопротивлением к появлению остаточных деформаций (приводящих к образованию колейности) и сопротивлением усталости - образованию трещин. В некоторых случаях на стальных мостах применяется асфальтобетон на эпоксидном связующем (например, на мосту Хамбер- Bridge в Великобритании).
В общем случае, толщина стального настила ортотропной плиты составляет от 10 до 14 мм, а толщина слоя асфальтобетона от 35 до 80 мм.
Чтобы уменьшить собственный вес мостовой конструкции, вес стали ортотропной плиты и дорожной одежды на плите проезжей части надо свести к минимуму.
Асфальтобетонные слои на железобетонных плитах проезжей части мостов
Железобетонные плиты проезжей части мостов являются наиболее распространенной конструкцией, и они также подвержены растрескиванию под действием временной нагрузки и усадки. Они могут подвергаться деструкции в результате разрушения бетона от попеременного замораживания и оттаивания, истирания, действия агрессивных сред, коррозии арматуры. Поэтому должны быть приняты меры по недопущению или минимизации попадания на них влаги, насыщенной солями. Прогнозируемый срок службы железобетонных мостов оценивается в 100 лет. Одним из условий обеспечения столь длительного срока службы является высококачественная гидроизоляция совместно с высококачественной дорожной одеждой из асфальтобетона.
Основные функциональные требования к асфальтобетонной дорожной одежде включают водонепроницаемость в любых условиях, механическая стабильность (сопротивляемость действию нагрузки от транспорта, включая действие сжимающих и
сдвигающих сил на кривых, а также во время торможения или ускорения, сопротивляемость растрескиванию и расслоению под влиянием колебаний температуры и действия нагрузки от проходящего транспорта, сохранение механического и химического сопротивления при нормативных нагрузках, погодных условиях и химических способах борьбы с гололедом.
Асфальтобетонные слои обычно состоят из защитного слоя и поверхностного слоя. Защитный слой в большинстве случаев изготавливается из литого асфальтобетона или модифицированного асфальтобетона, которые, в отличие от обычного асфальтобетона имеют высокое содержание заполнителя и низкую пористость. Асфальтобетон для поверхностного слоя должен быть жестким. Защитный слой проектируется так, чтобы его жесткость была меньше жесткости поверхностного слоя. Для обеспечения стабильности дорожной одежды и для снижения теплового воздействия на слой гидроизоляции, располагающийся ниже, защитный слой должен иметь достаточную толщину.
Защитный слой должен быть стабильным и плотным, для того, чтобы защитить нижележащий слой гидроизоляции от механических повреждений и предотвратить проникание воды с поверхности.
На небольших мостах нередко поверхностный слой такой же, как и на дорожной одежде на подходах к мосту. На больших мостах поверхностные слои могут выполняться из различных типов асфальтобетона, таких как щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА), тонкослойный асфальтобетон и другие. Поверхностный слой должен быть жесткого типа или с использованием битума, модифицированного полимерами (полимербитумного вяжущего). Проектировать асфальтобетонную смесь для железобетонных плит проезжей части легче из-за их большой жесткости.
Смеси битумные, используемые для асфальтобетонных слоев
на железобетонных плитах проезжей части
Под действием нагрузки от транспорта в плите проезжей части возникают упругие деформации. Эти повторяющиеся деформации воспринимаются асфальтобетонным слоем и не должны приводить к образованию усталостных трещин, поэтому сплошность (неразрывность) при деформировании является главным конструктивным требованием.
На плитах проезжей части обычно применяется укатываемый (уплотняемый) асфальтобетон (горячий укатываемый асфальтобетон или щебеночно-мастичный асфальтобетон) и литой асфальтобетон.
Наиболее часто используемыми на плитах проезжей части мостов материалами являются:
1. Литой асфальтобетон
Литой асфальтобетон отличается тем, что поры в нем заполнены битумом. Основные характеристики литого асфальтобетона следующие:
• связующее образует непрерывную фазу, которая является достаточно жидкой, чтобы заполнить поры;
• до тех пор, пока литой асфальтобетон сохраняет вязко- упругие свойства, он не подвергается растрескиванию. Для повышения его устойчивости к остаточным деформациям используются специальные добавки, такие как термопластичные эластомеры, которые обеспечивают упругие свойства, а также добавки, которые
делают связующее более жестким, к ним относятся парафины, полимеры, природный асфальт;
• для получения литого асфальтобетона могут быть использованы несколько модифицированные обычные асфальтобетонные заводы;
• поры в литом асфальтобетоне переполнены мастикой. Это очень термопластичный материал, не подвергающийся растрескиванию, но чувствительный к деформации;
• из-за переполненных пустот и отсутствия устойчивой формы, литая смесь не нуждается в уплотнении;.
• из-за высокого содержания наполнителя и связующего, литой асфальтобетон имеет гладкую поверхность и имеет слабое сцепление с колесом автомобиля;. Для улучшения сопротивления скольжению в литой асфальтобетон обычно втапливается мелкий очерненный заполнитель (щебенка);
• сопротивление остаточной деформации обеспечивается не заполнителем, а мастичным вяжущим, состоящим из тяжелого битума (45/60, 20/30 или смесь 45/60 и обычного или модифицированного битума) и большого процента наполнителя;
• низкая пористость обеспечивает непроницаемость этих видов смесей;
• слои дорожной одежды из модифицированного литого асфальтобетона могут применяться в сочетании с другими типами слоев дорожной одежды:
• из-за значительной жесткости литой асфальтобетонной, ее приготовление и применение производится при достаточно высоких температурах;
• для укладки литого асфальтобетона на плите проезжей части моста необходимо использовать специальную распределительную машину, асфальтирование небольших участков может производиться вручную.
Несмотря на то, что производство и применение литого асфальтобетона более трудоемко по сравнению с укатываемым асфальтобетоном, литой асфальтобетон может испытывать большие деформации без появления трещин, из-за его большой эластичности. Кроме того, сцепление литого асфальтобетона с нижележащими слоями лучше, чем у укатываемого асфальтобетона.
2. Модифицированный асфальтобетон
Там, где асфальтобетон используется на железобетонных плитах проезжей части мостов в качестве защитного слоя, в большинстве случаев он представляет собой модифицированный асфальтобетон с высоким содержанием заполнителя размерами больше 4 мм и с низкой пористостью (менее 4% от объема). Модифицированный асфальтобетон приготавливается с использованием жесткого битума с высоким содержанием связующего.
Требования к асфальтобетонным дорожным одеждам на мостах основываются на требованиях к асфальтобетонным дорожным одеждам на автомобильных дорогах, но они более строгие, требуют использования более прочного материала, контроля эксплуатационных свойств, а также более ответственного контроля в процессе выполнения работ.
3. Щебеночно-мастичный асфальтобетон
Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) является более надежным материалом для плит проезжей части мостов, обладающим высоким сопротивлением усталости и появлению остаточной деформации (т.е. достаточной жесткостью), и который может быть произведен на обычном асфальтобетонном заводе и уложен с помощью асфальтоукладчика. ЩМА сопротивляется образованию остаточных деформаций (колееобразованию) из-за контакта между компонентами щебеночного каркаса. Наличие достаточной пористости в уплотняемом слое предотвращает чрезмерное заполнение пор смесью.
4. Сильно модифицированные асфальтобетонные смеси
Проектирование подходящей смеси для стальной плиты проезжей части является сложной задачей, поскольку смесь должна быть очень низкопористой, очень гибкой, сопротивляться колееобразованию. Поэтому сильно модифицированный асфальтобетон применяется как гидроизоляционный материал на плитах проезжей части мостов. Часто модификаторы добавляются к битуму, чтобы улучшить характеристики смеси. Смеси с высоким содержанием полимера (примерно 7,5%) хорошо колееустойчивы по сравнению с другими материалами. Гибкость смеси позволяет проектировщику использовать более широкий спектр битумов для удовлетворения любым специальным требованиям, более твердые битумы для усиления сопротивления колееобразованию, а более мягкие битумы (в случае металлической плиты проезжей части) для усиления сопротивления усталостному трещинообразованию.
5. Пористый асфальтобетон
В некоторых странах (например, в Нидерландах) в качестве поверхностного слоя используется пористый асфальтобетон. Его, как правило, укладывают поверх системы гидроизоляции. Пористый асфальтобетон содержит большое количество пор, примерно от 20 до 25% от объема, что позволяет уплотнять его под движением. Кроме того, стабильность слоя из пористого асфальтобетона должна быть достаточной для его использования в качестве основного слоя дорожной одежды.
6. Эпоксидный асфальтобетон
Эпоксидный асфальтобетон состоит из двух фаз связующего, в котором крупнозернистое асфальтовое связующее служит исходной фазой, а жидкая двухкомпонентная эпоксидная смола служит в качестве непрерывной фазы. Материал изготавливается и укладывается в целом так же, как горячий асфальтобетона, но в результате получается исключительно прочная и гибкая поверхность, что идеально подходит для ортотропных плит проезжей части. Этот материал использовался на мостах в нескольких странах мира. Однако это трудный продукт, потому что он нуждается в особой технологии приготовления и укладки в связи с ограниченным временем схватывания (время для застывания асфальтобетона весьма мало, иногда менее 1 часа).
Эксплуатация и ремонт
Без своевременного выполнения работ по содержанию бетон железобетонных плит проезжей части мостов подвержены разрушению, а стальная арматура коррозии, в частности, от действия противогололедных жидкостей или солей. (Коррозия арматуры на проезжей части железобетонных плит, вызванная действием солей воздуха или противогололедных солей приводит к необходимости проводить работы по содержанию, ремонту или даже замене плит
проезжей части). Насыщение влагой поверхности асфальтобетонного покрытия может привести к преждевременной деформации и серьезным повреждениям.
Типы повреждений, которые могут появиться на поверхности
стальных ортотропных плит проезжей части мостов:
• Остаточная деформация. Вызывается действием очень высоких и повторяющихся (циклических) напряжений.
• Растрескивание. Усталостное растрескивание материалов дорожной одежды от действия повторяющихся напряжений (сдвиговых или растягивающих), вызванных действием проходящего транспорта, действием окружающей среды, или вследствие плохой конструкции. Когда эти трещины достигают металла ортотропной плиты проезжей части, она начинает коррозировать, что может привести к нарушению сцепления дорожной одежды с ней.
• Образование пузырей. Происходит вследствие местного отслаивания (вздутия) слоя гидроизоляции, что происходит, когда слой гидроизоляции укладывается на слой, содержащий воду. Когда горячий асфальтобетон укладывают на такой слой, вода испаряется образуя пузырьки, что проявляется на поверхности в виде изолированных бугорков.
• Шелушение. Представляет собой отслаивание (потерю каменных частиц с поверхности) и образование выбоин. Вызывается растрескиванием, потерей сцепления или другими повреждениями. Шелушение может серьезно снизить сцепление колеса с покрытием и, следовательно, поставить под угрозу безопасность дорожного движения.
Иногда повреждения характеризуются с видом вызывающих их причин. Например, они могут быть вызваны действием механизмов, уменьшающих прочность дорожной одежды, то есть уменьшающих сцепление между плитой проезжей части и слоями дорожной одежды, старением битума, деградацией материала заполнителя (химическая деструкция, вызванная кислородом, водой, температурой и солнечной радиацией) и снижением прочности битумных материалов из-за низкой вязкости при высоких температурах. После того, как сцепление между стальной плитой проезжей части и поверхностными слоями нарушено, разрушение дорожной одежды лишь вопрос времени.
Можно указать несколько причин снижения сцепления между слоями, среди них следующие:
• большие касательные напряжения на границе дорожной одежды и плиты проезжей части, вызванные ускорением или торможением колесной нагрузки, которые могут ослабить, а затем и нарушить сцепление на границе;
• довольно высокая температура применяемой смеси. Она может увеличить температуру стальной плиты проезжей части и привести к росту напряжений на ее поверхности;
• вибрации, возникающие в плите проезжей части от движущегося транспорта также могут уменьшить сцепление на границе;
• сдвигающие силы (в продольном и поперечном направлениях) увеличиваются с увеличением уклона проезжей части моста. Эти силы могут привести к образованию трещин в повышенных зонах конструкции.
Профилактическое содержание, определяемое как плановая стратегия применения экономически эффективных методов ремонта в нужное время, позволит сохранить и даже продлить срок службы моста. Существует несколько способов ремонта дорожной одежды на стальной плите проезжей части моста: замена поверхностного слоя асфальтобетона или удаление всей дорожной одежды и ее реконструкция.
Возможные повреждения дорожных одежд
на железобетонной плите проезжей части моста
Для дорожных одежд на железобетонной плите проезжей части наиболее значимыми факторами, могущими вызвать повреждения, являются: слабая адгезия между слоем гидроизоляции и асфальтобетонным покрытием, а также насыщение асфальтобетонного покрытия влагой. Они могут быть причиной преждевременной деформации, если асфальтобетонное покрытие имеет недостаточную толщину и плохо уложенный связующий слой.
При ремонте растрескавшейся проезжей части моста следует установить, являются ли силовые или несиловые трещины критическими: вдобавок следует установить химические и гидроизоляционные требования и оценить повлияет ли ремонт повлияет на асфальтобетонное покрытие. Некритические силовые и несиловые трещины могут быть залечены применением инъектирования эпоксидной смолы под низким давлением, такая защита продлит жизненный цикл поверхности износа.
Предпочтение должно отдаваться плановой стратегии сохранения и продления срока службы моста до появления разрушений, в том числе:
• очистке, включающей ежегодный помывку водой всех плит проезжей части, дренажа, опорных частей, деформационных швов, подферменников и верха опор, устоев, железобетонных бордюров и парапетов;
• профилактические работы по техническому обслуживанию, включая окраску, залечивание, герметизацию, и рутинный незначительный ремонт проезжей части и перил;
• расширенный ремонт, включая поддомкрачивание конструкций, ремонт трещин, инъекцию эпоксидной смолы, ремонт и регулировку опорных частей, ремонт и герметизацию деформационных швов, ремонт или усиление основных конструктивных элементов, включая стрингеры, балки, опоры и подферменники, устои и фундаменты, ремонт подводных частей, ремонт плиты проезжей части, а также антикоррозионную защиту и герметизацию;
• работы по содержанию русла, включая удаление мусора, укрепление берегов и корректировку размыва.
Выводы
• применение асфальтобетона обеспечивает лучшее и безопасное качество езды и соответствует ожиданиям водителей как на большинстве дорог, так и на проезжей части мостов;
• современный асфальтобетон в сочетании с хорошо продуманными решениями по гидроизоляции и соответствующему содержанию в состоянии обеспечить проектный срок службы мостов в 120 лет;
присущие асфальтобетону гидроизоляционные свойства могут быть эффективно использованы при применении литого асфальтобетона;
для того, чтобы обеспечить низкие эксплуатационные расходы, высокие эксплуатационные свойства бетона или защиту стали от коррозии могут быть использованы различные специальные гидроизолирующие материалы и системы;
асфальтобетонные дорожные одежды на плитах проезжей части мостов должны воспринимать нагрузку от транспорта, передавать их на несущие конструкции и сохранять способность сопротивляться деформациям и обеспечивать хорошие сцепные качества для автомобилей. В то же время они должны защитить конструкцию моста от поверхностных вод , которые зимой содержит противогололедные соли, провоцирующие развитее коррозии. Эти функции обычно не могут быть выполнены или выполняются только частично одним материалом, и потому должно быть использовано разделение слоев дорожной одежды по функциям;
как правило, дорожная одежда на плите проезжей части моста включает сцепляющий слой со слоем гидроизоляции, защитный слой, адгезионный слой и поверхностный слой. Толщина дорожной одежды на мосту может быть разной в зависимости от типа плиты проезжей части.
уплотняемый слой должен покрывать всю поверхность плиты проезжей части моста. Железобетонная плита проезжей части обычно грунтуется праймером из битумной эмульсии, эпоксидной смолы, полиуретана или аналогичного материала;
эффективная дренажная система моста должна обеспечивать дренаж как поверхностых, так и подповерхностных вод. Для обеспечения длительного срока службы важно выполнять гидроизоляцию совместно с высококачественной дорожной одеждой;
для обеспечения достаточно сильное сцепления между асфальтобетонным слоем и нижележащими слоями требуется хороший адгезионный слой, для выполнения которого может использоваться горячий жидкий битум, битумная эмульсия или искусственная смола;
поверхностные слои должны иметь хорошие сопротивление скольжению, ровную поверхность, низкий уровень шума, достаточное сопротивление деградации, действию топлива, воды и минералов, низкую зависимость от погодных условий, обеспечивать гидроизоляцию, высокую стабильность, сопротивляемость усталостным нагрузкам, сопротивляемость остаточным деформациям (колееобразованию), а также возможность распределять нагрузку для обеспечения безопасной и комфортной езды. Поверхностный слой обычно изготавливается из асфальтобетона, в качестве которого на мостах может использоваться плотный асфальтобетон, литой асфальтобетон или щебеночномастичный асфальтобетон;
в стальных конструкциях наблюдаются большие деформации ортотропной плиты проезжей части, поэтому сопротивляемость усталости асфальтобетонных слоев для стальных мостов более важна, чем для железобетонных мостов.
Разные страны используют разные материалы для асфальтобетонных покрытий и слои разной толщины;
литой асфальтобетон обычно используется на стальных плитах проезжей части мостов, а также в качестве гидроизоляционного слоя и в стальных и в железобетонных мостах. Литой асфальтобетон является очень термо пластичным материалом, и в нем трещины не развиваются быстро, но он чувствителен к деформации. Модифицированный щебеночно-мастичный асфальтобетон может быть альтернативой литому асфальтобетону.
эпоксидный асфальтобетон состоит из двух фаз связующего, в котором крупнозернистое асфальтовое связующее служит исходной фазой, а жидкая двухкомпонентная эпоксидная смола служит в качестве непрерывной фазы. Этот материал производится и укладывается так же, как и горячий асфальтобетон;
асфальтобетонные смеси для железобетонных плит проезжей части мостов проектируются легче из-за их жесткого поведения. Жесткость асфальтобетона для поверхностного слоя может быть отрегулирована. Защитный слой должен быть запроектирован более мягким, чем поверхностный слой. Как правило, на небольших мостах, поверхностный слой делают таким же как на подходах. На больших мостах могут использоваться различные поверхностные слои, например, такие как щебеночно-мастичный асфальтобетон и другие.
ЛИТЕРАТУРА
1. Овчинников И.Г., Макаров В.П., Согоцьян С.Л., Ефанов А.В., Согоцьян Л.С. Мостовое полотно автодорожных мостов с применением литого асфальтобетона и современных деформационных швов. Изд-во СГТУ. Саратов, 2004. 214 с.
2. Овчинников И.Г., Макаров В.Н., Илюшкин В.А., Овчинников И.И., Овсянников С.В. Инновационные технологии устройства мостового полотна на современных мостовых сооружениях (дорожная одежда и щебеночно-мастичные деформационные швы). Саратов. ИЦ «Рата». 2008. - 204 с.
3. Овчинников И.Г., Макаров В.Н., Распоров О.Н. Выбор оптимального решения конструкции дорожной одежды и технологии ее устройства на объектах мостового перехода у села Пристанное Саратовской области (статья)// Дороги России XXI века. 2004.№2. с. 66-72.
4. Макаров В.Н., Овчинников И.Г Опыт строительства дорожной одежды на мостовых объектах саратовской области//Сборник материалов международного семинара «Конструкции покрытий проезжей части мостовых сооружений с интенсивностью движения более 7-8 тысяч авт/сут. с учетом климатических условий г. Москвы. Москва. 2006. с.44 - 51.
5. Овчинников И.Г., Макаров В.Н., Овчинников И.И., Распоров О.Н. Проблема
устройства современных дорожных покрытий на мостовых сооружениях с ортотропной и железобетонной плитой проезжей части// Красная линия. Дороги. №38/8 август 2009.с.42-47.
6. Овчинников И.Г., Макаров В.Н., Овчинников И.И., Распоров О.Н., Удалов М.В.
Проблема устройства современных дорожных покрытий на мостовых сооружениях с ортотропной и железобетонной плитой проезжей части (продолжение)// Красная линия. Дороги. №41/9 2009.с.34-37.
7. Овчинников И.Г., Дьяков К.А., Черсков Р.М., Зинченко Е.В. Противостоять
сдвигающим напряжениям// Дорожная держава. Санкт-Петербург,2011 № 35. с.42-45.
8. Овчинников И.Г., Дьяков К.А., Черсков Р.М., Зинченко Е.В. Влияние типов
гидроизоляции и дорожной одежды мостовых сооружений на сопротивляемость деформациям сдвига// Строительные материалы. М. 2011, №10, с. 50-54.
9. Овчинников И.Г., Телегин М.А. Дорожная одежда на ортотропных плитах
мостов// Дорожная Держава. Санкт-Петербург,2011 № 35.с 34-39.
10. Овчинников И.Г., Зинченко Е.В. Проблема устройства гидроизоляции и
дорожной одежды на проезжей части мостовых сооружений с большими продольными уклонами// Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки: Науково-технічний збірник. Випуск 17. /Головний редактор
А.М.Тугай. - Украина. Киев.: КНУБА, 2011. - 120 с. С. 49-54.
11. Овчинников И.Г., Телегин М.А. Особенности моделирования поведения
многослойной дорожной одежды на ортотропных плитах мостов//Актуальные проблемы городского строительства. Сборник трудов Международной научнотехнической конференции. г. Пенза: ПГУАС, 2013. - 432 с. С. 205-223.
Рецензент: Столяров Виктор Васильевич, заведующий кафедрой «Транспортное строительство» Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А., д-р. техн. наук, профессор, заместитель председателя Поволжского отделения
Российской Академии Транспорта.
REFERENCE
1. Ovchinnikov I.G., Makarov V.P., Sogoc'jan S.L., Efanov A.V., Sogoc'jan L.S.
Mostovoe polotno avtodorozhnyh mostov s primeneniem litogo asfal'tobetona i sovremennyh deformacionnyh shvov. Izd-vo SGTU. Saratov, 2004. 214 s.
2. Ovchinnikov I.G., Makarov V.N., Iljushkin V.A., Ovchinnikov I.I., Ovsjannikov S.V. Innovacionnye tehnologii ustrojstva mostovogo polotna na sovremennyh mostovyh sooruzhenijah (dorozhnaja odezhda i shhebenochno-mastichnye deformacionnye shvy). Saratov. IC «Rata». 2008. - 204 s.
3. Ovchinnikov I.G., Makarov V.N., Rasporov O.N. Vybor optimal'nogo reshenija
konstrukcii dorozhnoj odezhdy i tehnologii ee ustrojstva na ob#ektah mostovogo perehoda u sela Pristannoe Saratovskoj oblasti (stat'ja)// Dorogi Rossii XXI veka. 2004.№2. s. 66-72.
4. Makarov V.N., Ovchinnikov I.G Opyt stroitel'stva dorozhnoj odezhdy na mostovyh
ob#ektah saratovskoj oblasti//Sbornik materialov mezhdunarodnogo seminara «Konstrukcii pokrytij proezzhej chasti mostovyh sooruzhenij s intensivnost'ju dvizhenija bolee 7-8 tysjach avt/sut. s uchetom klimaticheskih uslovij g. Moskvy. Moskva. 2006. s.44 - 51.
5. Ovchinnikov I.G., Makarov V.N., Ovchinnikov I.I., Rasporov O.N. Problema ustrojstva sovremennyh dorozhnyh pokrytij na mostovyh sooruzhenijah s ortotropnoj i zhelezobetonnoj plitoj proezzhej chasti// Krasnaja linija. Dorogi. №38/8 avgust 2009.s.42-47.
6. Ovchinnikov I.G., Makarov V.N., Ovchinnikov I.I., Rasporov O.N., Udalov M.V. Problema ustrojstva sovremennyh dorozhnyh pokrytij na mostovyh sooruzhenijah s ortotropnoj i zhelezobetonnoj plitoj proezzhej chasti (prodolzhenie)// Krasnaja linija. Dorogi. №41/9 2009.s.34-37.
7. Ovchinnikov I.G., D'jakov K.A., Cherskov R.M., Zinchenko E.V. Protivostojat' sdvigajushhim naprjazhenijam// Dorozhnaja derzhava. Sankt-Peterburg,2011 № 35. s.42-45.
8. Ovchinnikov I.G., D'jakov K.A., Cherskov R.M., Zinchenko E.V. Vlijanie tipov gidroizoljacii i dorozhnoj odezhdy mostovyh sooruzhenij na soprotivljaemost' deformacijam sdviga// Stroitel'nye materialy. M. 2011, №10, s. 50-54.
9. Ovchinnikov I.G., Telegin M.A. Dorozhnaja odezhda na ortotropnyh plitah mostov// Dorozhnaja Derzhava. Sankt-Peterburg,2011 № 35.c 34-39.
10. Ovchinnikov I.G., Zinchenko E.V. Problema ustrojstva gidroizoljacii i dorozhnoj odezhdy na proezzhej chasti mostovyh sooruzhenij s bol'shimi prodol'nymi uklonami// Problemi vodopostachannja, vodovidvedennja ta gidravliki: Naukovo-tehnichnij zbirnik. Vipusk 17. /Golovnij redaktor A.M.Tugaj. - Ukraina. Kiev.: KNUBA, 2011. - 120 s. S. 49-54.
11. Ovchinnikov I.G., Telegin M.A. Osobennosti modelirovanija povedenija mnogoslojnoj dorozhnoj odezhdy na ortotropnyh plitah mostov//Aktual'nye problemy gorodskogo stroitel'stva. Sbornik trudov Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. g. Penza: PGUAS, 2013. - 432 s. S. 205-223.
12. Asphalt pavements on bridge decks/European Asphalt Pavement Association.2013. 33 p.
13. Medani, T.O.; Asphalt Surfacing Applied to Orthotropic Steel Bridge Decks - A Literature Review, Report 7-01-127-1, March 2001, Delft University of Technology, the Netherlands.
14. Design of Concrete Bridge Deck Rehabilitation, Best Practice Guideline; Alberta Transportation, Canada, January 2003. http://www.transportation.alberta.ca/Content/ docType30/Production/BPG4.pdf
15. Bridge Decks Solutions Hanoi, Shell Bitumen, 15 December 2005.
