CC BY
509
УДК 625.853.3:006.354
СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВТОМОБИЛЬНыХ ДОРОГ
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И УКЛАДКИ ЩЕБЁНОЧНОМАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА
В.П. Батракова, ассистент, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Аннотация. Рассмотрены основные преимущества щебёночно-мастичного асфальтобетона, широко применяемого в настоящее время в дорожном строительстве (экономичность, отсутствие требований к специальной технологии укладки).
Ключевые слова: щебеночно-мастичный асфальтобетон, стабилизирующие добавки, асфальтобетонная смесь, зерновой состав, битум, асфальто-ук-ладчик.
Введение
В настоящее время появилась перспектива строить дороги с асфальтобетонным покрытием, отвечающие всем требованиям по долговечности, ровности, шероховатости (коэффициенту сцепления). Основанием этому служит внедрение в отечественное дорожное строительство щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА).
Этот материал был разработан в 60-х годах в Германии и в настоящее время нашел широкое применение во многих странах при устройстве верхних слоев дорожных покрытий.
В зависимости от максимальной крупности применяемого щебня зарубежные стандарты предусматривают более 10 марок горячих смесей ЩМА. В России по разработанным в ФГУП «Союздорнии» техническим условиям (ТУ-5718.030.01393697-99) регламентированы смеси ЩМА-10, ЩМА-15 и ЩМА-20, которые приготавливаются на основе щебня крупностью до 10, 15 и 20 мм. Данные смеси предназначены для устройства верхних слоев покрытия толщиной от 3 до 6 см [3].
Анализ публикаций
Вопросами применения ЩМА в дорожном строительстве занимались такие ученые, как Стебаков А.П., Гопин О.Б. и Кирюхин Г.Н.
На основании своих научных наблюдений и опытов ими сделан вывод, что технологии производства ЩМА развиваются и совершенствуются, а применение его в строительстве дорог становится еще более востребова-ным [1]. Жараускас А.В., Акулов А.П., Эфа А.К. в своих трудах описывают теоретические основы производства и применения ЩМА, а также приводят примеры его непосредственного применения в дорожном строительстве [2]. Также проблемой приме -нения ЩМА занимались и занимаются ученые «Союздорнии»; на основании их трудов можно сделать выводы о повышении тенденции развития и применения ЩМА [3].
Отличительной особенностью ЩМА от других видов покрытий является нетрадиционный зерновой состав ЩМА, который включает высокое содержание фракционированного щебня (70-80 % по массе) с улучшенной (кубовидной) формой зерен с целью создания максимально устойчивого минерального остова в уплотненном слое покрытия. Сдвигоустойчивость покрытия из ЩМА, характеризующая сопротивление колееобразо-ванию, обеспечивается, главным образом, требуемым значением коэффициента внутреннего трения. Поэтому в песчаной части смеси применяется исключительно песок из отсевов дробления горных пород, так как природный песок снижает коэффициент внутреннего трения. Кроме того, высокое
содержание крупной фракции каменного материала в ЩМА позволяет получить шероховатую поверхность покрытия и обеспечить требуемые значения коэффициента сцепления колеса с покрытием.
Кривые зерновых составов минеральной части ЩМА существенно отклоняются от кривых плотных смесей.
Другой особенностью ЩМА является повышенное, по сравнению с традиционными горячими смесями, содержание битума (5,5 -7,5%). Большое количество вяжущего препятствует проникновению влаги внутрь слоя, повышает устойчивость к старению, водомо-розостойкость, трещиностойкость и, в конечном счете, значительно увеличивает долговечность покрытия. В некоторых зарубежных странах срок службы покрытий из ЩМА составляет более 20 лет.
Цель и постановка задачи
Повышенное содержание битумного вяжущего в смеси нужно стабилизировать, то есть предотвратить его отслоение и стекание с поверхности зерен щебня при высоких технологических температурах приготовления, хранения, транспортирования и укладки. Данная проблема может решаться введением в смесь стабилизирующей добавки, например целлюлозного волокна.
Реализация проблемы
Особенности технологии приготовления ЩМА на смесительных установках периодического действия фирм AMMANN и TELTOMAT (Германия) производительностью 300 и 240 т/час соответственно путем смешивания в нагретом состоянии щебня, песка из отсевов дробления, минерального порошка и битума, а также стабилизирующей добавки в виде пропитанных битумом и спрессованных гранул из волокон целлюлозы. Стабилизирующие добавки вводили в смеситель АБЗ на разогретый каменный материал или вместе с минеральным порошком, производя «сухое» перемешивание в течение 15 - 20 секунд. При последующем перемешивании смеси с битумом стабилизирующая добавка равномерно распределяется в объеме асфальтового вяжущего вещества. Вводимый в смеситель стабилизатор дозировали вручную. Однако для уменьшения вероятности
ошибки и снижения трудоемкости потребное количество стабилизирующей добавки от 0,2 до 0,45 % или 2,0 - 4,5 кг на 1 т смеси необходимо дозировать с допускаемой погрешностью + 5 %, используя специальные дозирующие системы объемного или весового типа.
Дозирование стабилизирующей добавки может осуществляться автоматически из силосной башни или контейнера. При использовании системы объемного дозирования стабилизирующая добавка из контейнера или силосной башни объемом 3 - 4 м3 через роторное дозирующее устройство поступает в пневматический конвейер и по трубопроводу подачи диаметром 150 мм подается в циклон с встроенной загрузочной воронкой и датчиком наличия материала. Далее добавка через автоматический клапан выпускного отверстия попадает в трубопровод подачи материала в смеситель.
Система весового дозирования отличается от объемной тем, что добавка из контейнера или силосной башни с помощью шнекового конвейера сначала подается в весовой бункер, где дозируется, а уже затем поступает в трубопровод пневматического конвейера.
Дальнейшая схема прохождения материала аналогична системе объемного дозирования. В обеих системах дозирования в нижней части контейнера или силосной башни монтируется датчик контроля прохождения материала, который автоматически включает вибратор, установленный на нижней наклонной стенке контейнера или силосной башни при возможном отсутствии материала. Вибратор побуждает добавку перемещаться в контейнере или силосной башне в случае его зависания. Другим вариантом дозирования стабилизатора является использование линии подачи в смеситель старого асфальтобетона, являющейся штатным оборудованием на современных смесительных установках.
Спецификой получаемой смеси ЩМА является её более высокая, по сравнению с обычными асфальтобетонными смесями, температура приготовления. Это связано с температурной чувствительностью смеси и с тем, что ЩМА укладывается в основном тонкими слоями, склонными к быстрому охлаждению.
Приготовленная асфальтобетонная смесь из смесителя перегружается в накопительные бункеры и далее - в кузова автомобилей самосвалов для транспортирования ее к месту укладки. Использование накопительных бункеров в качестве временного склада для хранения смесей ЩМА позволяло обеспечивать ритмичность их выпуска независимо от наличия транспортных средств, изменения режимов укладки, а также сократить время загрузки автомобилей и повысить производительность асфальтобетонного завода. Однако опыт проведения работ показал, что время хранения смеси ЩМА в бункере не должно превышать получаса.
Проблемой традиционных горячих асфальтобетонных смесей является склонность к сегрегации (взаимоотделение входящих в состав компонентов, расслоение) на всех технологических переделах. В связи с этим следует отметить, что у смесей ЩМА отсутствуют признаки сегрегации в процессе приготовления, хранения, транспортирования и укладки.
Транспортирование смесей ЩМА к месту укладки осуществляется большегрузными автосамосвалами, оборудованными тентами для предотвращения остывания смесей. Термоизоляции смеси придается важное значение, так как ее температура в момент выгрузки в бункер асфальтоукладчика должна быть не ниже 150 °С.
Подготовительные работы перед укладкой верхнего слоя покрытия состояли из обычного набора операций: выравнивания, очистки и подгрунтовки поверхности нижележащего слоя. Особое внимание уделялось обеспечению сцепления между слоями. В связи с повышенным содержанием битума в ЩМА перерасход битума в связующем слое недопустим. Битумная эмульсия наносилась на подготовленную поверхность нижнего слоя покрытия автогудронатором с нормой расхода
0,2-0,3 л/м2. При нанесении эмульсии на отфрезерованную поверхность ее норма увеличивалась в 1,5 раза.
Технология укладки и уплотнения смесей из щебеночно-мастичного асфальтобетона выполняется стандартным оборудованием -асфальтоукладчиками и катками, но вместе с тем имеет свои специфические особенности.
Укладка верхнего слоя покрытия из ЩМА на автодороге МКАД - Кашира осуществлялась сразу на всю ширину (13,6 м) тремя гусеничными асфальтоукладчиками моделей 8ирег-1800 и 8ирег-2500 фирмы Vogele (Германия). Два укладчика были оснащены рабочими органами типа 8Б 475 XV с трамбующим брусом и виброплитой, а один - рабочим органом высокого уплотнения АВ 475 ТР2 с трамбующим брусом и двумя прессующими планками. Предварительное уплотнение осуществлялось лишь трамбующим брусом с частотой 800-1000 ударов/мин и ходом бруса 4 мм. Рабочий орган асфальтоукладчика устанавливался выше проектной отметки поверхности покрытия с учетом припуска на уплотнение, составляющего 5-10 % от толщины слоя. В процессе укладки за асфальтоукладчиком, оснащенным более тяжелым и длинным рабочим органом высокого уплотнения, наблюдались случаи выдавливания избыточного вяжущего на поверхность покрытия. Эта особенность учитывалась при выборе уплотняющего рабочего органа и режимов его работы при укладке ЩМА.
Базой для работы автоматических систем асфальтоукладчиков служили копирные струны, 6-метровые лыжи и короткие лыжи (башмачки). Асфальтоукладчики располагались уступом, один за другим, с расстоянием между ними 10-30 м. Скорость укладки зависела от ритмичности доставки смеси к асфальтоукладчикам и находилась в пределах
2.0 - 3,0 м/мин. Однако следует отметить, что при возможности стабильной доставки больших объемов смеси на линию скорость укладчиков может быть увеличена до 4,0 -
5.0 м/мин.
После прохода асфальтоукладчика поверхность покрытия имела требуемую фактуру с равномерно распределенным каменным материалом без раковин, трещин, разрывов сплошности и других дефектов.
Специфика щебеночно-мастичного асфальтобетона - отсутствие сухого контакта между отдельными частицами каменного материала, что предопределяет технологию уплотнения, при несоблюдении которой возможно разрушение общей структуры слоя покрытия. В связи с этим уплотнение ЩМА на опытном участке автодороги МКАД -Кашира осуществлялось гладковальцовыми
катками массой 9 - 11 т в статическом режиме.
Во избежание раздавливания крупных зерен каменного материала использование вибрации на катках недопустимо. Также из-за высокого содержания вяжущего для уплотнения покрытия из ЩМА нельзя использовать катки на пневмошинах. Уплотнение верхнего слоя ЩМА толщиной 5 см производилось отрядом из 6 катков - по два за каждым асфальтоукладчиком. Каждый из катков совершал по шесть проходов по одному следу на скорости 5 - 6 км/час. Учитывая ускоренное остывание слоя ЩМА, уплотнение осуществлялось при наибольшей температуре смеси, при максимально возможном в процессе укатки приближении катков к асфальтоукладчикам короткими захватками по 50 - 60 м. В связи с тем, что смеси ЩМА более липкие, чем обычные смеси из плотного асфальтобетона по ГОСТ 9128-97, обеспечивалось хорошее орошение вальцов катков водой. В отдельных случаях, когда поверхность вальца смачивалась неполностью, отмечено налипание на него смеси. При этом на поверхности укладываемого покрытия появились дефекты в виде вырывов щебня. Эти дефекты были легко ликвидированы путем добавления и разравнивания горячей смеси перед проходом катка.
При обеспечении непрерывной укладки слоя ЩМА были получены очень высокие показатели ровности. Так, средняя ровность построенного 10-километрового участка покрытия по показателям измерения просветов под трехметровой рейкой составляет 99,0 % (до 3 мм).
Следует отметить, что шероховатость покрытий из ЩМА, измеренная методом «песчаное пятно» перед открытием движения по построенным участкам, имела показатели, значительно превышающие значения для покрытий из плотного асфальтобетона типа А. Средняя глубина впадин шероховатости на поверхности ЩМА-15 составила 1,2 мм, а ЩМА-20 - 1,7 мм (при максимальных значениях 1,8 и 3,0 мм соответственно). По зарубежным данным щебеночно-мастичный асфальтобетон, кроме приведенных выше преимуществ, обладает низким уровнем шума, улучшенной обзорностью, высокой износо-
стойкостью к истирающему действию шипованных тин и другими.
Выводы
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о рациональности, экономичности, удобстве применения ЩМА в строительстве автомобильных дорог. Однако этот материал, обладая такими высокими качествами, более 30 лет не находил применения на российских дорогах. Одной из причин такого положения дел в дорожно-строительной отрасли России является отсутствие необходимой техники, позволяющей, во-первых, получить высококачественный кубовидный щебень, отвечающий предъявляемым к нему высоким требованиям, и, во-вторых, способной реализовать технологию приготовления и укладки щебеночно-мастичных смесей. В настоящее время такая техника у российских дорожников появилась.
Литература
1. Стебаков А.П., Кирюхин Г.Н., Гопин О.Б.
Щебеночно-мастичный асфальтобетон -будущее дорожных покрытий. // Строительная техника и технологии. - 2002. -№3. - С. 16 - 17.
2. Эфа А.К., Жураускас А.В., Акулов А.П.
Щебеночно-мастичный асфальтобетон. Теоретические основы, практика применения // Строительные материалы. -2003. - №1. - С. 22.
3. Методические рекомендации по устройст-
ву верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА). Союздорнии. - М., 2002. -37 с.
4. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе ор-
ганических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний.
5. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетон-
ные и асфальтобетон щебеночномастичные. Технические условия.
Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 24 апреля 2009 г.
