CC BY
29УДК 625.825
А.В. КОРОЧКИН, канд. техн. наук, главный инженер филиала «Автодорпроект» ГУП МО «Московский областной дорожный центр»
Опыт устройства тонких асфальтобетонных слоев на цементно-бетонном основании
В настоящее время стремительно увеличиваются интенсивность движения транспортных средств, осевые нагрузки и удельная масса грузовых автомобилей в составе транспортного потока. Основная нагрузка ложится на автомобильные магистрали, соединяющие крупные области и районы страны.
Значительная часть автомобильных магистралей имеет жесткую дорожную одежду, что делает возможным движение тяжелых транспортных средств с большой интенсивностью.
В наши дни при проектировании и строительстве автомобильных дорог максимальная расчетная нагрузка согласно СНиП 2.05.02—85 «Автомобильные дороги» составляет 11,5 т. При этом выпускаемые в РФ, а также поставляемые в Россию грузовые автомобили имеют осевую нагрузку порядка 14 т (МАЗ, Scania, MAN). С обеспечением пропуска движения столь значительной нагрузки с заданной долговечностью наиболее успешно справляются жесткие конструкции.
Изначально на автомобильных магистралях была устроена жесткая цементно-бетонная дорожная одежда. Во время эксплуатации дороги существующий цементобетон перекрывался слоями асфальтобетона. Устройство асфальтобетонных слоев на жесткой плите производили в целях улучшения эксплуатационных свойств дороги, в частности для улучшения ровности и сцепления. Основным несущим элементом конструкции, обеспечивающим достаточную прочность, является це-ментно-бетонное основание. Другими словами, устройство асфальтобетонных слоев применяли как технологию ремонта жесткой дорожной одежды. При этом ранее уложенные слои асфальтобетона не снимали, что приводило к постоянному и неконтролируемому увеличению толщины асфальтобетонных слоев. К настоящему времени встречаются конструкции дорожной одежды, в которых толщина асфальтобетонных слоев, уложенных на существующее цементно-бетонное покрытие, достигает 40—50 см. В таких условиях конструкция работает нерационально, что приводит к преждевременному ее износу и разрушению.
Под прочностью понимают свойство материала оказывать в определенных условиях и пределах сопротивление разрушению от различных внешних физических воздействий, сопровождающихся возникновением в нем напряжений. Применительно к дорожным одеждам под прочностью понимают ее свойство сохранять сплошность поверхности и ровность в допустимых пределах под воздействием природно-климатических условий и многократно повторяющихся нагрузок автотранспортных средств в течение срока службы.
Одними из первых отечественных ученых, которые внесли огромный вклад в теорию расчета необходимой
толщины асфальтобетонного покрытия, устраиваемого поверх старого цементно-бетонного покрытия, были: Н.Н. Иванов, В.Ф. Бабков, И.А. Медников, А.М. Богуславский, В.С. Орловский, В.А. Чернигов, С.В. Коновалов, Ю.А. Агалаков и др.
Традиционным способом ремонта цементно-бетон-ных покрытий является перекрытие их асфальтобетонными слоями значительной толщины. В России в соответствии с отраслевыми дорожными нормами на проектирование нежестких дорожных одежд толщину слоев из составов, содержащих органическое вяжущее и укладываемых на верхний слой основания из материалов, укрепленных цементом, для ограничения появления отраженных трещин на покрытии нужно принимать, как правило, не менее толщины слоев, укрепленных цементом. При этом минимальная толщина слоев должна соответствовать требованиям, приведенным в табл. 2.3 из [1]. Таким образом, на автомобильных магистралях с большой интенсивностью движения (более 2 тыс. авт/сут) толщина асфальтобетонных слоев на цементно-бетон-ном основании составит 18 см. При этом класс бетона по прочности на растяжение при изгибе Btb должен быть 0,8 МПа, а средняя прочность бетона при растяжении при изгибе — 1 МПа. При прочности бетона Btb=2,8 МПа допускается устраивать толщину асфальтобетонных слоев не менее 16,5 см.
Считается, что вместо увеличения толщины слоя за счет более правильной ориентации минеральных зерен возможно повысить прочность слоя и, как следствие, трещиностойкость покрытия [2].
В начале 50-х гг. прошлого столетия получили широкое распространение конструкции дорожных одежд с цементно-бетонным покрытием. Как правило, такие
Рис. 1. Схема работы асфальтобетонного покрытия на цементно-бе-тонном основании
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q'ff Э^МЗ^ШЙМЗ
"~54 октябрь 2010
покрытия устраивали на дорогах с тяжелым и интенсивным движением. Эксплуатация таких покрытий показала их состоятельность, и они зарекомендовали себя как надежные со значительным сроком службы.
На сегодняшний день расчетный срок службы при проектировании конструкции дорожной одежды с це-ментно-бетонным покрытием составляет 25 лет. Опыт эксплуатации цементно-бетонных покрытий в России показал, что фактический срок службы достигает 30—40 лет. В Германии, Австрии, Бельгии, Голландии и др. европейских странах это является обычным делом. Существуют примеры у нас и за рубежом, когда срок службы достигает более 50 лет. Несмотря на такое преимущество по сравнению с асфальтобетонным покрытием, значимой проблемой является его ремонт. Большие затраты на проведение ремонта, технологическая сложность, а иногда и невозможность восстановить покрытие до первоначальных транспортно-эксплуата-ционных качеств привели к простому перекрытию их асфальтобетонными слоями.
В последнее время в мировой практике широкое распространение получили тонкие, а также ультратонкие слои износа, которые в первую очередь необходимы для восстановления эксплуатационных показателей, устраиваемых как на асфальтобетонных, так и на цеме-нтно-бетонных покрытиях. Их устройство выполняется с целью обеспечения требуемой шероховатости и улучшения ровности покрытия, а также для защиты поверхности покрытия от вредного воздействия эксплуатационных и климатических факторов.
Применение однослойных асфальтобетонных покрытий на цементно-бетонных основаниях в России началось в 1929 г. в Москве; более широкое применение относится к 1950—1955 гг. [3]. Толщина устраиваемых слоев на магистральных улицах Москвы в некоторых случаях достигала 4—4,5 см.
Рассматривая задачу повышения устойчивости однослойных асфальтобетонных покрытий, М.А. Шахназаров, 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 и дальнего зарубежья. Существует опыт применения тонких слоев и в России. Так, например, А.В. Вишневский в своей работе приводит данные о применении тонких асфальтобетонных слоев толщиной 2,5—5 см на автомобильных дорогах Новосибирской, Кемеровской областей и в Алтайском и Забайкальском краях.
На основе разработанных техническиъ условий (ТУ 218 РСФСР 601-88 «Смеси битумно-минераль-ные открытые для устройства макрошероховатого слоя дорожных покрытий») Ю.А. Агалаков провел ис-
// у/ 7/v/ >/ 'р '?/■ у/--,? /} />-// '> у/ ■//'
Рис. 2. Конструкция тонкослойного асфальтобетонного покрытия на старом цементобетонном основании в Республике Беларусь: 1 - асфальтобетон 2,5-3 см; 2 - щебень фракции 10-15 мм; 3 - битумно-по-лимерное вяжущее; 4 - старое цементобетонное покрытие
следование работоспособности тонких асфальтобетонных слоев толщиной до 5 см с повышенным содержанием щебня, оценив их транспортно-эксплуатаци-онные показатели и изменение в течение эксплуатации дороги в реальных условиях. По результатам опытно-производственных исследований дана оценка работоспособности тонких асфальтобетонных покрытий с повышенным содержанием щебня, уложенных на жесткое основание, где работоспособность предлагаемых тонких слоев в 2,5—3 раза выше нормативной. Автор исследований объясняет это тем, что на границе взаимодействия тонких слоев с жестким основанием в процессе эксплуатации возникают большие сжимающие напряжения. Это способствует созданию более прочной и компактной структуры асфальтобетона, которая выдерживает большую разрушающую нагрузку, чем в толстых слоях.
Положительный опыт применения тонких слоев из асфальтобетона имеется в Республике Беларусь [3]. Технология включает после подготовительных работ устройство трещинопрерывающей мембраны, распределение щебня фракции 10—15 мм с последующим устройством защитного тонкого слоя из мелкозернистого асфальтобетона (рис. 2).
Устройство трещинопрерывающей мембраны заключается в распределении битумно-полимерного вяжущего с расходом 2,5—2,8 л/м2 при температуре 175—185оС. После чего производится распределение технологического слоя щебня фракции 10—15 мм, обработанного битумом, с расходом 8—10 кг/м2. Данный слой служит для обеспечения сплошности мембраны при передвижении асфальтоукладочной техники во время укладки защитного слоя асфальтобетона. Непосредственное устройство защитного слоя из асфальтобетона допускается выполнять на следующие сутки, но не позднее 3 суток после устройства технологического слоя из щебня.
В Германии тонкие слои устраивают из холодного асфальтобетона на автомагистралях с интенсивностью движения 70 тыс. авт/сут. Как отмечает Ю.А. Агала-ков, после пяти лет эксплуатации данные слои находились в хорошем состоянии и имели шероховатую поверхность.
Во Франции разработаны классы тонких асфальтобетонных покрытий, которые делят на тонкие слои толщиной 35—50 мм и особо тонкие толщиной менее 30 мм, а также использование предварительно приготовленных промышленным способом тонких ковриков, которые впоследствии приклеивают к цементно-бетонным покрытиям. Такие коврики обладают большей трещино-стойкостью, но меньшей износостойкостью.
Широкое распространение в недавнем времени получила технология устройства тонких слоев износа на основе эмульсионно-минеральных смесей. Одной из таких смесей является защитный слой износа типа Сларри Сил, состоящий из катионоактивной битумной эмульсии, дробленого щебня, минерального материала, химических добавок и воды. Назначение компонентов: битум связывает смесь и придает ей пластичность, долговечность и обеспечивает адгезию; щебень и минеральные наполнители обеспечивают стойкость к нагрузкам; химические добавки регулируют скорость формирования смеси на дороге. Наряду с такими преимуществами, как низкая чувствительность к воздействию температуры, активная адгезия к покрытию, высокая водонепроницаемость, низкая шум-ность и малый выброс каменного материала, слой износа типа Сларри Сил обеспечивают долговечность слою 3—5 лет при толщине 5—15 мм. В общем случае толщина устраиваемого слоя определяется размером самого крупного зерна щебня в смеси.
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
AÜ октябрь 2010 55~"
В США поверх старого цементно-бетонного покрытия хорошо зарекомендовал себя ультратонкий слой из горячей асфальтобетонной смеси ^отасЫр. Применяют три типа зернового состава А, В и С с максимальным размером зерен 4,75, 9,5 и 12,5 мм, что позволяет устраивать толщину слоя соответственно 12,5, 16 и 19 мм. Содержание вяжущего в смеси находится в интервале 4,6—5,8%. Перед распределением смеси под давлением укладочной машины происходит распределение эмульсии в количестве 0,7—1 л/м2 в зависимости от состояния перекрываемого покрытия при температуре 50—80оС. Не более чем через 5 с после распределения эмульсии производится устройство слоя из смеси, имеющей температуру 145—165оС со скоростью 10—30 м/мин. После чего необходимо уплотнение смеси двумя проходами 9-тонного катка со стальными вальцами. Открытие движения разрешается сразу после уплотнения при температуре слоя ниже 85оС. Срок службы слоя в США показал свою состоятельность и составляет до 10 лет [4, 5].
В США широко применяется защитный слой из холодной литой смеси Ralumac. Это микропокрытие толщиной 10—15 мм и больше, устраиваемое из плотной смеси каменных материалов и эмульсии на битумно-по-лимерном вяжущем. Слой Ralumac исправляет продольные неровности, заполняет неглубокую колею и сохраняет существующее асфальтобетонное или цемент-нобетонное покрытие. Перед нанесением на цементо-бетонное покрытие поверхность увлажняют; в случае большой пористости поверхности необходима подгрун-товка. Смесь состоит из мелкозернистого каменного материала плотного зернового состава, медленно распадающейся эмульсии, минерального порошка и добавки, которая регулирует время распада. Упомянутые компоненты приготовляют в передвижной установке, после чего смесь поступает в короб-распределитель с по-
мощью которого ее укладывают на покрытие без укатки. В случае, если на цементно-бетонном покрытии наблюдается значительная глубина колеи, с помощью специального короба-распределителя колею заполняют, а после формирования материала в колее производят укладку защитного слоя на всю ширину проезжей части.
Таким образом, успешный многолетний российский и зарубежный опыт строительства и эксплуатации жесткой дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием небольшой толщины показал, что данная конструкция обладает значительной прочностью и высокими транс-портно-эксплуатационными качествами. Теоретические и экспериментальные исследования подтверждают, что возможный срок службы цементобетона может составить порядка 40-45 лет. При этом в случае использования асфальтобетона небольшой толщины исключительно как слоя износа существенно повышается долговечность дорожной одежды.
Список литературы
1. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91). М., 2004.
2. Капитальный ремонт цементно-бетонных покрытий автомобильных дорог. М., 2008. 56 с.
3. Кушинский В.А., Радьков Н.В., Игошин Д.Г.,Сулимо-ваА.Н. Рекомендации по устройству защитных слоев износа по мембранной технологии на автомобильных дорогах с жесткими дорожными одеждами. Минск, 1999.
4. Novachip. Experemental feature report. Washington, 2008.
5. Samuel B. Cooper, Louay N. Mohammad. Novachip surface treatment. Louisiana, 2004.
1-2 декабря 2010 г.
Москва, МГСУ
состоится Первая международная конференция
«Российские дни сухих строительных смесей»
Организаторы:
Московский государственный строительный университет Международное Сообщество сухих строительных смесей Российский Союз производителей сухих строительных смесей
Отрасль сухих строительных смесей является ярким примером инновационного развития отечественного производства. За 15 лет, прошедших с начала внедрения российских научных разработок на стадии становления отрасли, создано более 280 предприятий по производству ССС, которые выпускают продукцию в объеме, превышающем 40 млрд р. в год.
Тематика конференции
Развитие индустрии ССС в мире, обзор глобального рынка, влияние кризисных явлений, роль технологии и науки, вопросы экологии;
Развитие Российского строительного комплекса, перспективы развития и роста;
Обзор рынка ССС в России, тенденции и статистика;
Оценка и перспективы развития системы нормативной
документации на ССС в России;
Инновации и совершенствование технологии ССС;
Новые продукты для индустрии ССС;
Вопросы образования. Подготовка и переподготовка
кадров для отрасли.
Прямая трансляция конференции будет проводиться через открытую сеть на 150 Российских вузов и 30 вузов стран СНГ членов АСВ и 280 саморегулируемых организаций строительного комплекса России
В рамках конференции пройдет отраслевая выставка российской индустрии ССС
Подробнее на сайтах: www.mgsu.ru/,www.spsss.ru/,www.drymix.info/
Оргкомитет конференции:
Тел./факс: (499) 183-3356 e-mail: expo@mgsu.ru, expo-1@mail.ru, expo-1@mgsu.ru
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q'ff ЭМТЗ^Ш/ШЁ
"~56 октябрь 2010 MU^SWiAJJiif
