Модели и технологии аварийного ремонта дорог Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.3

МОДЕЛИ И ТЕХНОЛОГИИ АВАРИЙНОГО РЕМОНТА ДОРОГ М. В. Кочеткова, В. В. Смогунов, Д. В. Кочетков, О. Ф. Пшеничный

MODELS AND TECHNOLOGIES EMERGENCY REPAIR

OF ROADS

M. V. Kochetkova, V. V. Smogunov, D. V. Kochetkov, O. F. Pshenichni

Аннотация. В статье рассмотрены традиционные технологии аварийного ремонта дорог и проанализированы недостатки данных технологий, а также предложены к использованию разработанные новые эффективные технологии аварийных ремонтов.

Ключевые слова: автомобильная дорога, аварийный ремонт, технологии ремонта.

Abstract. The article describes the traditional techniques of emergency road repairs, analyzes shortcomings of these technologies and suggests the use of new effective technologies emergency repairs.

Key words: road, emergency repairs, renovation technologies.

Кризис экономики современной цивилизации в значительной степени связан с процессами глобализации, с перепроизводством товаров и продовольствия, недостаточной развитостью транспортной инфраструктуры и т.п.

Весьма существенное значение имеет сильная гетерогенность экономик разных регионов и стран и во многих случаях - отсутствие современных автомобильных дорог.

Для Российской Федерации эти проблемы актуальны в связи с обширностью территорий, разнообразием природных условий, отсутствием современных автомобильных дорог из-за устаревших моделей и технологий строительства. Поскольку затраты на ремонт дорог в общей структуре затрат превышают 60 %, то очевидна особая актуальность создания новых моделей и технологий ремонта, прежде всего текущего ремонта дорог [1, 2].

Автомобильная дорога рассчитана на определенный срок службы, в течение которого она подвергается различного рода и количества воздействиям транспорта и погодно-климатических факторов. Самым первым и наиболее незащищенным ее элементом, испытывающим такие воздействия, является асфальтобетонное покрытие. В результате многих сотен и тысяч нагружений, а порой и перегрузок покрытий, износа и старения его материалов, а иногда и не очень высокого изначального качества или неполноценного и неравномерного выполнения отдельных дорожно-строительных операций, особенно уплотнения, на покрытии с течением времени возникают всевозможные дефекты, деформации и разрушения.

Таким образом, возникает необходимость выполнять работы по ликвидации появившихся дефектов и разрушений, т.е. осуществлять систематическое «лечение» дорожного покрытия.

Как правило, ремонтные работы по покрытию планируются и выполняются чаще всего весной с наступлением устойчивой теплой (не ниже +5 °С) и сухой погоды. Однако для обеспечения безаварийной эксплуатации дорог часто возникает необходимость в проведении внепланового или аварийного ремонта практически в любое время года и при любых погодных условиях. При необходимости, для того, чтобы срочно заделать выбоины, аварийно опасные для движения транспорта, можно использовать любые простейшие и доступные методы, материалы и средства, способные обеспечить временную (не менее 2-3 месяцев) безаварийную эксплуатацию дороги.

Таким образом, аварийный ремонт выполняют в любое время года -поздней осенью и ранней весной (когда сыро и холодно), зимой (когда холодно), что, естественно, не может не отразиться на качестве ремонтных работ. Такие некачественно отремонтированные места с наступлением теплой и сухой погоды подлежат повторному ремонту, но уже с соблюдением всех требований и правил выполнения качественной заделки выбоин.

При аварийном ремонте используются, как правило, такие способы временной заделки, которые не требуют специальной подготовки выбоин, за исключением возможной их очистки от грязи, влаги, снега и льда.

Главное при таком ремонте состоит в закреплении используемого материала в выбоине так, чтобы у него была приемлемая связь с дном и стенками выбоины, и чтобы частицы такого материала имели достаточно прочные контакты между собой за счет механического распора битумных, цементных, полимерных или других склеивающих прослоек.

Для аварийного ремонта рекомендуется использовать известняковые, доломитовые или другие не очень прочные щебеночные материалы (фракции 5-20 мм), предварительно обработанные («холодный» черный щебень) или обрабатываемые прямо в выбоине жидким битумом с ПАВ или битумной эмульсией. Как правило, жидкий битум должен иметь показатель вязкости не ниже 130-200 с, а битумная эмульсия должна быть быстрораспадающейся (50-60 % концентрации в подогретом виде). Щебень для этих целей иногда обрабатывают известью или цементом (1,5-2 % по массе).

Некоторые из ремонтных материалов при соответствующих технологиях использования можно применять даже при отрицательных температурах

воздуха (до —10___—15 °С), хотя другие материалы и технологии эффективны

только при температуре +5 °С и выше.

В последнее время в зарубежных странах широко практикуется аварийная заделка выбоин и других дефектных мест специальными ремонтными смесями со сроком их хранения 1 - 2 года в готовом виде в герметичных пластиковых емкостях (ведра, бочки, ящики), в запаянных пластиковых мешках (по 25-50 кг) и даже в штабелях на открытом воздухе. К таким смесям можно отнести «Репасфальт», «Бормикс», «Штраласфальт» (ФРГ), «Веспро» и «Си-лвакс» (США), «Колмак» (Англия), «Эксцел» (Канада) и целый ряд других.

Большей частью вяжущим веществом для этих холодных материалов служит модифицированный полимерами жидкий битум со специальными добавками или эмульсия на его основе, что делает такие ремонтные смеси достаточно дорогими - около 200 ^Б/т при цене вяжущего материала примерно 1000 и8Б/т. Однако привлекательные технологические достоинства (холодная технология, длительный срок хранения, выполнение работ по сырой

поверхности и даже при морозе) вместе с высокой прочностью заделки дефектных мест делают возможным и даже целесообразным их использование на мелком и единичном аварийном ямочном ремонте.

Учитывая временный характер и не слишком высокое качество аварийного ремонта, иногда умышленно идут на упрощение и удешевление как самого ремонтного материала, так и технологии его приготовления и применения.

По такому пути пошла, например, дорожная служба г. Хельсинки, которая уже более 20 лет ежегодно выпускает около 3000 т складируемой холодной смеси «Корсал» для неотложного (срочного) ремонта покрытий и временной заделки траншейных разрытий на городских улицах. В ее состав входят щебень (3-8 мм), песок и битумная эмульсия (7-8 %). Готовят ремонтную смесь холодным способом в обычной бетономешалке периодического действия (емкость 3 м3) и складируют на открытой площадке. Перед использованием зимой смесь отогревается в теплом помещении.

При наличии битумной эмульсии и соответствующей машины или установки целесообразно для аварийного ямочного ремонта использовать струйно-инъекционный холодный способ. Однако из-за невозможности сделать тщательную очистку и подготовку выбоины срок службы такой заделки будет значительно ниже, чем в обычных нормальных условиях.

При отсутствии же требуемой струйно-инъекционной техники заделка выбоины возможна путем ручной ее набивки (втрамбовывания) холодным щебнем (лучше черненым) с последующей обработкой поверхности битумной эмульсией простым разбрызгиванием из подручных средств. В итоге получится заделка выбоины щебнем, пропитанным битумной эмульсией.

Метод пропитки щебня в выбоине битумом, несколько разжиженным и горячим, тоже практикуется дорожниками разных стран, в том числе России, для ликвидации аварийной ямочности. Его отличие от метода пропитки эмульсией состоит в том, что сама пропитка выполняется до трамбования щебня. При этом битум нагревают до температуры не ниже 170...180 °С. Удовлетворительные результаты можно получить даже при пониженных температурах воздуха (до -5...-10 °С).

К своеобразным технологическим приемам можно отнести российский метод обратной пропитки, в котором нагретый минимум до 170...180 °С битум, попадая на оставшуюся на дне и стенках выбоин влагу и на сырой щебень, вспенивается с кратностью до 4-6 и покрывает тонким слоем поверхность выбоины и частиц щебня. Проникновение битума между частицами и зернами щебня идет снизу вверх, поэтому этот технологический прием ремонта получил название «метод обратной пропитки». Его эффективность ограничена температурой воздуха +5...+10 °С. При более низких температурах битум плохо и трудно вспенивается. В методе пропитки вместо битума иногда используют полимерные материалы. В частности, при ремонте поли-мербетоном выбоина заполняется щебнем, который затем пропитывается жидкотекучим составом на основе полиуретановой, акриловой или другой смолы, при этом в процессе трамбования остаточная вода отжимается из лунки наверх. Такой ремонт возможен при температуре воздуха от -30 до +50 °С. Движение транспорта открывается через 30 минут. При неблагоприятных погодных условиях (сырость, холод) аварийный ямочный ремонт может быть также выполнен влажной органоминеральной смесью (ВОМС), состав и технологию приготовления и использования которой разработали в РосдорНИИ.

Ремонтируют такой смесью выбоины глубиной не менее 3-4 см. Главное достоинство ВОМС состоит в том, что она используется уже в готовом виде по «холодной» технологии, на сухом или сыром покрытии и при температуре воздуха до -10 °С. Однако следует иметь в виду, что зимой и ранней весной формирование прочной структуры ВОМС в покрытии происходит медленно и трудно из-за частых переходов температуры воздуха через 0 °С. Наибольшую прочность этот материал приобретает после полного высыхания, но эта прочность не столь велика (в 1,5-2 раза ниже прочности холодного и в 2,5-3 раза ниже прочности горячего асфальтобетона), чтобы использовать ВОМС даже на обычном ямочном ремонте покрытий дорог высоких категорий. Этой смесью допустим лишь аварийный (временный) ремонт покрытий таких дорог.

Не менее интересную и полезную разработку для ямочного ремонта покрытий, в том числе аварийного, в свое время сделали в СоюздорНИИ: складируемые асфальтобетонные смеси (САС) на вязких битумах, которые можно хранить, укладывать и уплотнять в холодном виде. Их готовят на вязких битумах с повышенными тиксотронными свойствами, что достигается путем ввода в них специальных пластификаторов (летнее автотракторное дизельное топливо ЛТД и нефтяное сырье СБ для производства вязких дорожных битумов). Но положение с практическим использованием и внедрением САС остается пока таким же, как и с ВОМС, т.е. не совсем удовлетворительным.

Таким образом, проведенный анализ технологий выполнения аварийного ремонта дорог показал их недостаточную эффективность. Однако в последнее время разработано много других технологий, позволяющих эффективно осуществлять экстренный аварийный ремонт в любое время года [3-6]. К ним можно отнести технологии, разработанные на факультете машиностроения и транспорта Пензенского государственного университета, например:

- технология с забивкой «пробок» (с разделкой и забивкой);

- технология с заливкой укрепляющими композитами и крышкой (без разделки, но с забивкой и крышкой);

- технология с заготовкой типовых пробок из цементобетона (асфальтобетона) и последующей укладкой в полотно и герметизацией;

- технология с разделкой ям и последующим заполнением дискретными стержнями и герметизацией;

- технология с рассверловкой ям и установкой утяжеленных деревянных пробок и герметизацией.

Таким образом, в статье рассмотрены традиционные технологии аварийного ремонта дорог и проанализированы недостатки данных технологий, а также предложены к использованию разработанные новые эффективные технологии аварийных ремонтов.

Список литературы

1. Динамика гетерогенных структур. Фундаментальные модели / О. А. Вдовикина, В. В. Смогунов, В. Н. Решилов [и др.] ; под общ. ред. В. В. Смогунова. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. - 598 с.

2. Динамика гетерогенных структур. Виброударозащита гетерогенных структур / О. А. Вдовикина, В. В. Смогунов, И. П. Климинов [и др.] ; под общ. ред. В. В. Смогунова. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 497 с.

3. Патент на изобретение № 2381324. Способ реконструкции и укрепления дорог / Н. С. Кузнецов, К. А. Плотников, В. В. Смогунов [и др.]. - 2010.

4. Патент на полезную модель № 92428. Упрочненная дорога / В. В. Смогунов, Д. В. Артамонов, Н. С. Кузнецов [и др.]. - 2010.

5. Патент на изобретение № 2454502. Способ ремонта дорожного полотна / В. И. Волчихин, В. В. Смогунов, Д. В. Артамонов, А. А. Авдеев. - 2012.

6. Патент на изобретение № 2381325. Способ укрепления и ремонта дорожного полотна / Д. В. Артамонов, А. А. Авдеев. - 2010.

Кочеткова Мария Владимировна аспирант,

кафедра теоретической

и прикладной механики,

Пензенский государственный университет

Смогунов Владимир Васильевич доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, кафедра теоретической и прикладной механики, Пензенский государственный университет E-mail: [email protected]

Кочетков Денис Викторович

кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики, Пензенский государственный университет E-mail: [email protected]

Пшеничный Олег Федорович кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики, Пензенский государственный университет E-mail: [email protected]

Kochetkova Maria Vladimirovna postgraduate student, department of theoretical and applied mechanics, Penza State University

Smogunov Vladimir Vasilyevich

doctor of technical sciences, professor, department of theoretical and applied mechanics, Penza State University

Kochetkov Denis Viktorovich

candidate of technical sciences, associate professor, department of theoretical and applied mechanics, Penza State University

Pshenichni Oleg Fedorovich candidate of technical sciences, associate professor, department of theoretical and applied mechanics, Penza State University

УДК 539.3 Кочеткова, М. В.

Модели и технологии аварийного ремонта дорог / М. В. Кочеткова, В. В. Смогунов, Д. В. Кочетков, О. Ф. Пшеничный // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2013. - № 3 (7). - С. 149-153.