Строительство покрытий магистралей и улиц из литого асфальтобетона

Резкое увеличение автомобильного движения, легкового и грузового, во всем мире требует устройства дорожных покрытий с повышенными эксплуатационными показателями. При этом надо учесть, что в первую очередь для скоростного легкового движения требуются дорожные покрытия с шероховатой поверхностью и высокими показателями ровности, тогда как для грузового движения с его тяжелой нагрузкой выдвигаются повышенные требования к прочности и устойчивости дорожных одежд. Надо не забывать и о рентабельности дорожного строительства.

Одним из материалов, в наибольшей степени отвечающим вышеуказанным требованиям, оказался литой асфальтобетон. Литой асфальтобетон в странах Западной Европы и Северной Америки с каждым годом используется все больше и чаще рекомендуется для строительства покрытий магистральных дорог, автострад, городских дорог и улиц, проезжих частей мостов, эстакад, покрытий набережных, аллей и садово-парковых и велодорожек. Это является доказательством высоких строительных и эксплуатационных качеств, которые были получены на дорогах с покрытиями из литого асфальтобетона.

Из истории литого асфальта

Литой асфальт уже применялся в качестве дорожного покрытия 3200 лет до н.э. в Вавилоне, а также ассирийцами и египтянами. В недалеком прошлом, в 1810 и в 1829 гг. были устроены первые покрытия из литого асфальта для тротуаров и мостов во Франции в г. Лионе. В то время еще не было установок для литого асфальта, и его готовили в котлах на месте, переносили в ведрах и укладывали вручную. В Германии были уложены первые дорожные покрытия из литого асфальта в 1908 г. в Берлине, Мюнхене и Франкфурте-на-Майне. Они стали вытеснять часто применявшийся до этого в городах обычный асфальтобетон, который обладал повышенной скользкостью, особенно во время дождя. Укладку литого асфальта производили в то время вручную. Так как в литом асфальте почти нет пор, то он после разравнивания больше не уплотнялся, даже при очень тяжелом движении транспорта. Это означает, что ровность, достигнутая при укладке, не может пострадать от последующего уплотнения и движения транспорта.

После установления высокого качества дорожных покрытий из литого асфальта начали усиленно искать возможность механизации его укладки, чтобы добиться повышения производительности труда и снижения высоких расходов. В 1953 г. в Германии в первый раз была произведена механизированная укладка литого асфальтобетона.

Применение установок для приготовления литых асфальтобетонных смесей, введение в эксплуатацию специально сконструированных больших асфальтоукладчиков привело к тому, что литой асфальтобетон сделался стандартным покрытием для автострад, автомобильных магистралей и всех категорий дорог, в том числе и городских с очень интенсивным движением транспорта.

Увеличение объемов строительства дорожных покрытий из литого асфальтобетона в начале 60-х годов было проведено в основном в Германии. Только после того, как появились опытные данные, другие страны заинтересовались им и произвели первые опытные работы.

Все возрастающая автомобилизация и постоянный рост интенсивности движения вывели литой асфальтобетон на передний план по сравнению с мелкозернистым асфальтобетоном. Такая тенденция в пользу литого асфальтобетона еще более усилилась после того, как были получены опытные данные о большом износе обычного асфальтобетона и цементобетона в зимнее время из-за применения шин "спайкс" (шины со стальными шипами), а также солей и других химических веществ, используемых для удаления снега и льда с дорожных покрытий. Тенденция к широкому применению литого асфальтобетона была ускорена созданием совершенных асфальтоукладчиков с увеличенной производительностью, а также в результате разработки совершенных методов укладки, что привело к значительному уменьшению строительных и эксплуатационных расходов. При сравнении сроков службы покрытий из обычного и литого асфальтобетона на автострадах выяснилось, что покрытия из литого асфальтобетона обладают сроком службы в 2-3 раза большим, чем покрытия из традиционного асфальтобетона при равной интенсивности движения транспорта. Это означает, что покрытия из литого асфальтобетона более рентабельны. В Германии к 1980 г. построено более 3500 км дорожных покрытий из литого асфальтобетона.

Характеристики и составы литых смесей

В технических предписаниях и указаниях для укладки асфальтобетонных покрытий ФРГ литой асфальтобетон как дорожно-строительный материал определяется следующим образом: литой асфальтобетон состоит из минеральной части с прерывистой гранулометрией, находящейся в горячем состоянии, к которой примешан жидкий от нагрева дорожный битум. Эту смесь укладывают на дорожное покрытие в горячем состоянии ручным или механизированным способом. Количество вяжущего вещества определяют соответственно количеством пустот в минеральной массе так, чтобы они оказывались совершенно заполненными в готовом слое покрытия, причем должен остаться небольшой излишек вяжущего. В результате получается плотная масса, которая при оптимальной температуре укладки может быть распределена ручным способом или машиной. Масса свободна от пор и не уплотняется ни при укладке, ни под действием нагрузок при движении транспорта.

Таким образом, одним из характерных свойств литого асфальтобетона является то, что при правильном подборе состава смеси его можно практически рассматривать как вязкую жидкость, которая не может быть уплотнена. Как видно из этих данных, литой асфальтобетон содержит в 2,5-3 раза больше минерального порошка, чем мелкозернистый асфальтобетон. Литой асфальтобетон также содержит на 2% больше битума. При этом к обычному битуму добавляется "тринидадский" натуральный асфальт в количестве 20-30% массы обычного битума, используемого в смеси для литого асфальтобетона. Мельчайшие фракции обоих материалов существенно отличаются друг от друга. Так, доля мельчайших фракций в литом асфальтобетоне вдвое больше, чем в щебенистом мелкозернистом асфальтобетоне.

Благодаря меньшему количеству щебня в литом асфальтобетоне не может образоваться свод из щебня. Зерна щебня плавают в большей или меньшей мере в растворе и имеют только несколько точек соприкосновения между собой. В противоположность мелкозернистому асфальтобетону раствор является несущим элементом, тогда как щебень служит главным образом для образования шероховатости.

Упомянутый выше стандартный рецепт был за последние годы несколько изменен. Чтобы избежать излишнего содержания раствора на поверхности покрытия, количество щебня было увеличено до 50% по массе и иногда даже более. Увеличение количества щебня и песка произошло в основном за счет доли крупнозернистого песка фракций 0,09-2 мм, так что в общей массе литого асфальтобетона доля раствора практически не изменилась. Однако общее изменение состава смеси привело к увеличению шероховатости и устойчивости покрытий из литого асфальтобетона. Но вместе с тем выяснилось, что увеличение доли щебня имеет свой предел. При этой рецептуре полезно применять смесь дробленого и природного песка, причем доля дробленого песка не должна превышать 1/3 всего количества песка.

Температурный режим

Температурный режим приготовления и укладки литого асфальтобетона существенно отличается от соответствующих температур для других асфальтобетонных покрытий. Если температура приготовления обычных асфальтобетонных смесей дорожных одежд находится в пределах 170-180°С, а температура укладки этих смесей находится между 130 и 160°С, то при приготовлении и укладке литого асфальтобетона температура составляет 230-240°С. Эта разница в температуре предъявляет высокие требования к установкам для перемешивания литых асфальтобетонных смесей и обусловливает некоторые дополнительные устройства к установкам для сушки минеральных заполнителей и оборудованию для нагрева минерального порошка, а также для подготовки тринидадского асфальта. Кроме того, новая технология требует специальных транспортных средств с подогревом для обеспечения укладки литых асфальтобетонных смесей при температуре 230-240°С. Предпосылкой для длительного срока службы покрытия из литого асфальтобетона и его рентабельности является прочное и надежное основание. Кроме того, нужно добиваться хорошей ровности основания для того, чтобы избежать неравномерной толщины слоя, что приводит к более раннему износу литого асфальтобетона на более тонких местах покрытия дороги. Важным условием получения покрытий высокого качества является сухая поверхность основания дорожной одежды, так как в случае влажного основания может образоваться пар из-за высокой температуры литой смеси. Пар, поднимаясь кверху, ведет к образованию пузырей в литом асфальтобетоне.

Недостаток асфальтобетонных смесей с большим количеством пор состоит в том, что уменьшается устойчивость покрытия. При большой нагрузке и интенсивном движении транспорта может произойти доуплотнение асфальтобетонной смеси, что ведет к деформации покрытия. Кроме того, при повреждении верхнего слоя покрытия из литого асфальтобетона вода проникает в нижележащий слой, и его повышенная пористость может вызвать разрушения дорожной одежды. У большинства специалистов все более выявляется тенденция к применению асфальтобетонных смесей с 2-3% объема пор и связанной с этим большей устойчивостью основания.

Устройство дорожных покрытий

В странах Запада укладку литого асфальтобетона на магистралях в прошлые годы производили машинами, передвигающимися по рельс-формам. Такие машины состояли из 2-3 агрегатов: асфальтоукладчика, распределителя мелкого щебня и тележки с катками. Такая укладка литого асфальтобетона связана со значительными расходами на укладку рельсов, их чистку и транспортировку.

С применением автоматических электронных следящих систем на укладчиках при строительстве дорожных покрытий конструкторы оборудовали автоматикой и следящими системами и укладчики и комплекты для укладки литого асфальтобетона.

Набольшее распространение получила укладка литого асфальтобетона комплектом машин, передвигающихся по рельсам, состоящим из трех агрегатов: распределителя-укладчика, включающего распределительный брус с газовым обогревом, распределителя черного щебня, являющегося в этом комплекте тягачом, тележки с рифлеными вальцами.

Ширина полосы укладки литой смеси предусматривает выгрузку ее непосредственно перед распределителем-укладчиком на готовое основание и выравнивание до требуемой толщины (обычно 3,5-4 см). После этого по горячему покрытию производится распределение и втапливание черного щебня.

В укладочном комплекте GADF-1 фирмы "Voegele" распределитель-укладчик и распределитель черного щебня объединены в один механизм (на рельсовом ходу). Ширина полосы укладки может меняться от 3,75 до 13 м, а скорость укладки - от 0,4 до 11 м/мин.

Укладочный комплект аналогичной конструкции выпускает фирма "Wibau". Рабочая ширина укладываемой полосы изменяется в пределах от 3,75 до 12 м, а скорость укладки достигает 4 м/мин. Загрузка бункеров черным щебнем осуществляется ковшовым погрузчиком, установленным непосредственно на укладчике.

Ровность готового покрытия при укладке литого асфальтобетона комплектом машин на рельсовом ходу зависит от правильной установки рельсов, что требует тщательных подготовительных работ.

Поэтому в последнее время появились укладочные комплекты на гусеничном ходу, оборудованные электронными системами контроля ровности готового покрытия.

С внедрением комплектов машин на гусеничном ходу появилась возможность производить укладку покрытия из литого асфальтобетона до самой кромки покрытия. Например, комплект GADF-2 фирмы "Voegele" передвигается непосредственно по укрепленному земляному полотну или по уширенному с каждой стороны на 70 см основанию. Укладочный комплект GADF-3 фирмы "Voegele" передвигается непосредственно по верхнему слою биндера. Контроль ровности уложенного покрытия осуществляется при помощи электронной следящей системы. Ведущими линиями для дуговых щупов, расположенных у гусениц, служат предварительно натянутые и пронивелированные стальные струны.

Укладочный комплект GADF-3 состоит из: специальных шнеков для распределения литой асфальтобетонной смеси перед распределительным вибрационным брусом и за гусеницами; распределительного вибрационного бруса с плавным регулированием частоты колебаний; накопительного бункера для черного щебня; распределительного устройства для втапливания черного щебня.

Для укладки литой асфальтобетонной смеси в городском дорожном строительстве - для устройства покрытий проездов, тротуаров, площадок отдыха, садово-парковых дорожек - фирма "Voegele" выпускает самоходный укладчик на пневмоколесном ходу Super-82 GAF с рабочей шириной полосы укладки от 2 до 5 м. Укладчик имеет размеры: длина х ширина х высота - 4600х2500х2350 мм. Масса укладчика - 9 т.

На укладчике Super-82 GAF установлен закрывающийся со всех сторон приемный бункер с двойными стенками. Внутри бункера имеются шнеки, которые подают литую асфальтобетонную смесь к распределительному брусу. Специальными лопастями литая смесь равномерно перемещается от середины укладчика в правую и левую его стороны. Выглаживающая плита укладчика разравнивает и уплотняет слой литой смеси, а скользящая опалубка формирует ровные кромки покрытия улицы, аллеи или дорожки.

Фирма "Alfelder Eizenwerke" (ФРГ) выпускает отдельную машину для городских дорог модели Alfelder AE-GDF.

Машина предназначена для строительства или ремонта дорожных покрытий шириной от 3 до 7,5 м из литого асфальтобетона. Рабочая скорость укладчика может плавно регулироваться до 3 м/мин. Укладывающая балка, обогреваемая пропаном, настраивается с помощью ходовых винтов и может вписаться в любой профиль дороги.

Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР