CC BY
14Ма териалы и конструкции
УДК 625.089
А.В. КОРОЧКИН, канд. техн. наук, главный инженер ООО «ТрансПроект» (Москва)
Износ жестких дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием
На протяжении двадцати лет отмечается значительное увеличение парка автотранспортных средств в России [1], а следовательно, и интенсивности движения на дорогах. Поэтому разрушающее действие на покрытие многократно возросло, вследствие чего можно высказать мнение о существенном увеличении интенсивности износа всех существующих видов покрытий.
Износ покрытий является приоритетной задачей во всех странах в связи с тем, что покрытие может не исчерпать свои транспортно-эксплуатационные показатели и отвечать нормативным требованиям, например по прочности дорожной одежды. Износу дорожных покрытий уделялось и уделяется огромного внимание как у нас, так и за рубежом. В лице отечественных ученых
A.В. Макарова, В.К. Некрасова, Э.Г. Подлиха, И.А. Мед-никова, В.А. Астрова и др. сделан огромный вклад в изучении этого процесса. Из зарубежных ученых можно выделить С.Х.М. Дахира, В.Г. Муллена, Р.Р. Хегмона,
B.И. Мейера, Ж.Г. Грая и др.
Задача данной статьи — обобщение результатов научных исследований отечественных и зарубежных ученых по данной проблематике и их анализ.
Износостойкость дорожных покрытий в первую очередь зависит от их шероховатости и особенно от текстуры, а также других немаловажных составляющих: интенсивности и состава транспортного потока, применяемых материалов для верхних слоев дорожной одежды, свойств каменных и вяжущих материалов, применяемой технологии устройства слоев, характеристик автотранспортных средств и природно-климатических условий [2].
Проведенные исследования М.В. Немчинова, В.А. Астрова, М.В. Борового показывают, что износ покрытия происходит наиболее интенсивно в первые годы эксплуатации. Так, по мнению М.В. Борового, это объясняется износом пленки битума, частичного доуплот-нения верхнего слоя покрытия, сглаживанием шероховатости и уменьшением остроугольности выступов на поверхности зерен щебня.
3
1 1,5 2 2,5
Количество проходов автомобилей, млн
Рис. 1. Изменение максимального износа по полосе наката в зависимости от каменных материалов, применяемых в поверхностной обработке: 1 - гранит; 2 - доломит; 3 - известняк
Износ поверхностных обработок, устроенных на различных каменных материалах фракцией 20—40 по полосе наката, продемонстрирован на рис. 1.
Ряд исследователей (М.В. Боровой и М.В. Цыганов) особое внимание уделяет пыли, образующейся на покрытии в течение его эксплуатации под воздействием автотранспортных средств от шин, особенно в конструкциях, где предусмотрены шипы [3]. Образующаяся пыль играет роль абразива и включается в интенсивный процесс износа дорожного покрытия [4]. Факторы, оказывающие непосредственное влияние на процесс его износа, можно представить в виде блок-схемы (рис. 2).
Износ дорожных покрытий
Дорожное покрытие
Автомобиль
Условия эксплуатации
— Тип покрытия
— Нагрузка на колесо
Вид вяжущего и его содержание
Технология устройства
Петрографический состав каменных материалов
Минералогический состав каменных материалов
— Состав движения
Конструкция шины
Тип рисунка протектора
Давление воздуха в шине
Динамические свойства
Физико-механические свойства каменных материалов
Состояние водоотвода
Ровность проезжей части
Интенсивность движения
Климатические факторы
Состав дорожной пыли и грязи
г Л
Скорость
движения
V У
Геометрические элементы дороги
Режим движения транспортных средств
Условия ремонта и содержания
Рис. 2. Факторы, влияющие на износ дорожных покрытий
научно-технический и производственный журнал Q'j'pfjyrj'ijj^jlj^js 66 март 2012 Ы *
Материалы и конструкции
Значительную роль в износе покрытия играет шероховатость, где общее уменьшение макрошероховатости может быть описано уравнением Немчинова:
Я =а-ехр-[-Ь- М]+с,
(1)
где М — число прошедших автомобилей; а, Ь, с — коэффициенты, зависящие соответственно от размера щебня, твердости покрытия и состава транспортного потока.
М.Б. Корсунский предложил формулу для определения среднего значения уменьшения толщины покрытия за год вследствие износа:
N
Асог =а + Ь-срг 1000
(2)
где а —коэффициент, зависящий в основном от погодо-устойчивости покрытия и климатических условий; Ь — показатель, зависящий от прочности материала покрытия, степени его увлажнения, состава и скорости движения; N — интенсивность движения, авт./сут.
Снижение макрошероховатости асфальтобетонных покрытий (в % от начальной) в зависимости от количества проходов расчетного автомобиля по истираемости, имеет вид:
ААИ =
Н
ср
(1-АД,/100)-
(3)
где ДДИ — снижение шероховатости покрытий от шлифующего воздействия транспортной нагрузки, %; -"ср — средняя глубина впадин шероховатости, мм.
Экспериментальными исследованиями установлено, что на сегодняшний день расчетный срок службы при проектировании конструкции дорожной одежды с цементно-бетонным покрытием составляет 25 лет. Опыт эксплуатации таких покрытий в России показал, что фактический срок службы достигает 30—40 лет. В таких европейских странах, как Германия, Австрия, Бельгия, Голландия и др., это является обычным делом. Существуют примеры как у нас, так и за рубежом, где срок службы достигает более 50 лет. Несмотря на такое преимущество по сравнению с асфальтобетонным покрытием, серьезной проблемой является их ремонт. Большие затраты на проведение ремонта, технологическая сложность, а иногда и невозможность восстановить покрытие до первоначальных транспортно-эксплуатационных свойств привело к простому перекрытию их асфальтобетонными слоями.
В последнее время в мировой практике широкое распространение получило устройство тонких слоев износа, а также ультратонких. Слои износа в первую очередь необходимы для восстановления эксплуатационных показателей, устраиваемых как на асфальтобетонных покрытиях, так и на цементно-бетонных. Их устройство выполняется с целью обеспечения требуемой шероховатости покрытия и улучшения ровности, а также для защиты поверхности покрытия от вредного воздействия эксплуатационных и климатических факторов.
Рассматривая задачу о повышении устойчивости однослойных асфальтобетонных покрытий, М.А. Шахназарова отмечает, что такие покрытия разрушаются значительно быстрее двухслойных. Однако наряду с этим, как показало обследование, имеются отдельные участки с однослойным асфальтобетонным покрытием, существенно не отличающиеся по своим эксплуатационным показателям от двухслойных.
Ремонт цементно-бетонных покрытий тонкими асфальтобетонными слоями показал свою состоятельность в таких странах, как Германия, Франция, Италия,
Венгрия, США, а также в странах ближнего зарубежья. Существует опыт применения тонких слоев и в России.
В Германии тонкие слои износа устраивают из холодного асфальтобетона на автомагистралях с интенсивностью движения 70 тыс. авт./сут. Как отмечает Ю.А. Агалаков, после пяти лет эксплуатации данные слои находились в хорошем состоянии и имели шероховатую поверхность.
Во Франции для повышения износостойкости разработаны классы тонких асфальтобетонных покрытий, которые делятся на тонкие слои толщиной 35—50 мм и особо тонкие толщиной менее 30 мм, а также разрешено использование предварительно приготовленных промышленным способом тонких ковриков, которые впоследствии приклеиваются к цементно-бетонным покрытиям. Такие коврики обладают большей трещино-стойкостью и удовлетворительной износостойкостью.
Результаты исследования автора подтверждают, что жесткая дорожная одежда обладает значительной прочностью и долговечностью [5, 6]. Экспериментальные исследования были выполнены на ряде автомобильных дорог европейской части РФ. В частности, в 2007 г. на автомобильной магистрали М-9 «Балтия» на 17—84 км (прямое и обратное направления) было выполнено комплексное обследование дорожной одежды. На автомобильной магистрали М-2 «Крым» в 2006—2007 гг. были проведены инженерно-геологические изыскания, включая лабораторные исследования материалов (участок от Москвы до границы с Украиной протяжением 654 км). Одной из характерных автомобильных дорог, имеющих комбинированную дорожную одежду, является Московское малое кольцо (ММК). На участке этой дороги в рамках разработки инженерного проекта на строительство и реконструкцию ЦКАД (Центральной кольцевой автомобильной дороги) в 2009 г. было также проведено комплексное исследование дорожной одежды. Рассматривался участок автодороги от Можайского (А-100) до Ленинградского (М-10) шоссе общей протяженностью 90 км.
Применение в качестве покрытия слоев асфальтобетона небольшой толщины существенно повышает транспортно-эксплуатационные показатели автомобильной дороги. Должным образом запроектированная и устроенная дорожная одежда, состоящая из цементно-бетонного основания и верхних асфальтобетонных слоев, в полной мере соответствует требованиям, предъявляемым к дорожным одеждам на автомобильных магистралях, обеспечивая достаточную износостойкость.
Ключевые слова: цементобетон, асфальтобетон, износ, долговечность.
Список литературы
1. Дорожное хозяйство России (цифры и факты). М.: Справочно-иллюстративный материал, 2006. 350 с.
2. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91). М., 2004.
3. Кошелев А.А. Метод и оборудование для определения устойчивости покрытий к истиранию при одновременном воздействии агрессивных сред // Лакокрасочные материалы. 1997. № 2.
4. Кнороз В.И. Шины и колеса. М.: Машиностроение, 1975. 184 с.
5. ОНД 218.0.006—2002. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог. Росавтодор. М.: Информатор, 2001. 140 с.
6. Корочкин А.В. Опыт устройства тонких асфальтобетонных слоев на цементно-бетонном основании // Строительные материалы. 2010. № 10. С. 54—56.
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® март 2012 67~
