CC BY
58
УДК 691.55 Л.А. Иванова
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ АСФАЛЬТО-БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ДОРОГ И ПЛОЩАДОК
В статье показана актуальность рассматриваемой темы для сельскохозяйственных районов Красноярского края. Приведен анализ применяемых в настоящее время материалов для достижения поставленной цели; проведена оптимизация разработанных составов с использованием обобщенного метода математического планирования многофакторного эксперимента; выполнена апробация полученных результатов на эксплуатируемых дорогах. Материалы рекомендованы в дорожноэксплуатационную практику.
Сельскохозяйственные автомобильные дороги и технологические площадки как инженерные сооружения рассчитаны на определенный срок службы, в течение которого они подвергаются различного рода воздействиям. В значительной степени результаты внешних воздействий отражаются на состоянии многослойных дорожных одежд и, в первую очередь, на покрытии. Покрытие непосредственно воспринимает механическое воздействие от транспортных средств (вертикальное давление, горизонтальное продольное воздействие от сил торможения и силы тяги, горизонтальное поперечное и хаотичное воздействие от центробежных сил) и воздействия от изменения в достаточно широком диапазоне влажностного и температурного режимов. В результате на покрытии возникают различного вида деформации и разрушения, которые снижают срок службы покрытий и безопасность дорожного движения. На сельскохозяйственных автомобильных дорогах и технологических площадках, располагаемых в зоне активного земледелия Красноярского края, преобладающим видом покрытия является асфальтобетон. Особенностью эксплуатации асфальтобетонных покрытий является то, что даже на ранней стадии эксплуатации появляются деформации и разрушения в виде трещин, сеток, выбоин, колееобразований, сколов, шелушений и выкрашивания.
Сельскохозяйственных автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием на территории Красноярского края около 1,6 тыс. км и около 2,2 млн м2 покрытия технологических площадок, то есть общая площадь покрытия сельскохозяйственного назначения асфальтобетоном составляет около 12,5 млн м2. По результатам многолетних наблюдений, за состоянием асфальтобетонного покрытия, в том числе и на автомобильных дорогах общего пользования, установлено, что в пределах 20-25% покрытия требуют ежегодного ремонта. В натуральном выражении это составляет 3-3,5 млн м2. Кроме этого, следует учитывать, что для сельскохозяйственных автомобильных дорог в целях обеспечения безопасности движения установлена предельная площадь повреждения покрытия и срок ликвидации повреждений. Для сельскохозяйственных районов Красноярского края предельная площадь повреждения покрытия составляет 2,5 м2 в летний, осенний и зимний периоды и 7,0 м2 в весенний период. Срок ликвидации повреждений не более 10 суток. Проведенное рассуждение подтверждает актуальность рассматриваемой темы для условий Красноярского края.
Использование традиционных материалов и технологических приемов при ремонте не позволяет устранять появление новых деформаций и разрушений в течение длительного периода. В практике дорожной отрасли в основном применяют мастичные составы на основе органических вяжущих с добавками, повышающими деформативность составов [1]. Учитывая климатические условия Красноярского края, деформационные свойства мастик и асфальтобетона, как показывает практика, практически несовместимы при отрицательных температурах, что приводит к преждевременному разрушению мастичных композитов и ежегодному ремонту покрытий. Сложившаяся ситуация привела к поиску путей получения новых материалов и технологий, позволяющих повысить надежность и долговечность покрытия [2]. С целью повышения качества и обеспечения долговечности, исследована возможность применения принципиально отличных составов на основе минеральных вяжущих. В качестве минеральных вяжущих использовали портландцемент Красноярского цементного завода, золу-уноса ТЭЦ-2, работающей на углях Бородинского разреза. Для повышения требуемых качеств в указанные составы вводились полимерные вяжущие в виде дисперсионных порошков высокомолекулярных соединений марки Виннапас, высокоэффективные химические добавки и минеральные добавки в виде микрокремнезема Братского алюминиевого завода и шлама Красноярского алюминиевого завода. Разработка ремонтных составов проведена методом математического планирования эксперимента [3]. Для получения аналитических зависимостей составов от их компонентов составлена матрица планирования трехфакторного вида. В качестве параметров оптимизации были выбраны подвижность сухой и растворной сме-
си, водоудерживающая способность, прочность при сжатии и изгибе. Предложенные составы удовлетворяют требованиям по подвижности, водоудерживающей способности, выбраны оптимальные расходы добавок, обеспечивающие максимально высокие значения прочностных параметров и показателя адгезии. На основе выработанного теоретического подхода разработана методика подбора ремонтных составов, позволяющих обеспечить требуемую надежность и долговечность дорожного покрытия. Для практического применения предложено два состава. Первый состав рекомендован для заделки трещин в асфальтобетонном покрытии, второй - для восстановления покрытия на участках, ликвидации колейных неровностей площадью до 2-3 м2, заделки выбоин и поверхностного шелушения. Последний состав эффективно применим в указанных пределах, так как ремонт участков покрытий значительных размеров требует применения материалов повышенной прочности и деформативности. С целью расширения области применения разрабатываемых составов, разработана методика активного влияния на свойства состава в широком диапазоне.
Экспериментальными исследованиями установлены основные закономерности изменения прочностных и деформативных свойств ремонтных составов.
Прочность составов независимо от технологии их приготовления всегда выше, чем у асфальтобетона. За счет гидратации цемента прочность при высоких температурах увеличивается в 2-5 раз, при низких - на 5-30%. В зоне хрупкого разрушения ремонтные составы имеют преимущество за счет снижения температурных напряжений.
Состав и основные свойства предлагаемых и апробированных составов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Составы смесей
Вид состава Состав смеси на 1 кг, г
Цемент Песок Зола Шлам Микро- крем- незем Линна- микс Бермо- кол Винна- пас
Состав №1 50-55 400-420 440-450 45-55 - - 2-3 35-45
Состав №2 250-260 710-720 - - 15-25 1-2 - -
Результаты испытаний разработанных составов на прочность представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты испытаний
№ состава Прочность на сжатие, кгс/см2 в возрасте, сут. Прочность при изгибе, кгс/см2 в возрасте, сут.
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
Состав №1 3,3 15,3 32,2 50,4 60,4 1,59 7,0 12,1 18,9 22,5
Состав №2 4,2 34,5 53,4 87,7 122,6 1,54 11,3 19,6 29,6 36,5
Показатели водостойкости и водопоглощения приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты испытаний
Показатель Состав №1 Состав №2
Коэффициент водостойкости 0,81 0,79
Водопоглощение,% 7,89 8,43
Анализ результатов, приведенных в табл. 1-3, показывает, что основные показатели предложенных смесей находятся в пределах требований, предъявляемых к дорожным материалам на органических и минеральных вяжущих.
Рассматриваемые ремонтные составы проявляют свои свойства при их укладке при температуре ремонтируемых поверхностей от +1 єС. Перед укладкой смеси достаточно механической очистки поверхности, просушка поверхности не требуется. Работа с материалом не ограничивается протяженностью автомобильной дороги, не требует дополнительных энергозатрат на поддержание технологического температурного
режима, как в случае применения составов на основе нефтяных битумов. Результаты исследований показывают, что предлагаемые составы смесей обладают необходимыми свойствами как ремонтные материалы. Апробация полученных результатов на эксплуатируемых дорогах края в различных природно-климатических зонах дает основания для рекомендации полученных материалов в практику дорожного строительства.
Литература
1. Козлов, Г.Н. Современные технологии и материалы для ремонта и восстановления асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог / Г.Н. Козлов // Проблемы надежности дорожных одежд городских улиц и дорог: сб. науч. тр. - Минск, 2005. - С. 139-143.
2. Веренько, В.А. Новые материалы в дорожном строительстве: учеб. пособие / В.А. Веренько. - Минск: Технопроект, 2004. - С. 170.
3. Богданов, И.Я. Новые материалы и технологии на основе акриловых связующих в дорожной отрасли / И.А. Богданов, Л.А. Иванова // Новые технологии в архитектуре, строительстве и жилищнокоммунальном хозяйстве: сб. науч. тр. - Красноярск: Изд-во КрасГАСА, 2005. - С. 14-15.
