Строительство дорожных покрытий из горячих литых асфальтобетонных смесей

Литой асфальтобетон представляет собой материл, аналогичный горячему асфальтобетону, но отличающийся более высоким содержанием минерального порошка и битума, а иногда технологией приготовления и методом укладки. Особенностью литого асфальтобетона является то, что при укладке не требуется его уплотнения, поскольку этот материал имеет высокую пластичность и плотность.

Для приготовления литой асфальтобетонной смеси используют мелкий щебень или гравий, природный или искусственный песок, минеральный порошок и битум повышенной вязкости марок БНД 40/60, а также строительные битумы марок БН 40/50, БН 70/30 и природный асфальт, который поступает в виде брикетов массой 20-32 кг с содержанием битума 12-15%. В зависимости от крупности зерен минерального материала литой асфальтобетон подразделяется на песчаный и щебенистый с максимальным размером зерен 10 и 15 мм. Содержание щебня в смеси может доходить до 45-50% при механизированной укладке и до 20-30% при ручной укладке.

Состав минеральной части рассчитывают по кривым плотных смесей с коэффициентом сбега К = 0,8-0,9. Литая асфальтобетонная смесь содержит 20-25% асфальтовяжущего вещества при отношении массовых долей минерального порошка к битуму МП/Б = 2-2,5.

В Германии применяют литые смеси следующего состава: минеральный порошок - 20-25%, битум с вязкостью 25/45 - 6,5-9%, щебень с размером фракций 2-8 или 2-12 мм -40-45% и песок - 25-30%.

Литые асфатобетоны, используемые в Венгрии, характеризуются более высоким содержанием минерального порошка - до 28% и несколько меньшим содержанием щебня. Битумы имеют температуру размягчения 67-72°С. Такие литые асфальтобетонные смеси используют для устройства дорожных покрытий на автомагистралях и скоростных дорогах со значительной интенсивностью движения транспорта.

Литой асфальтобетон большой плотности является износостойким материалом, он водонепроницаем и имеет высокую коррозионную стойкость. Но литые асфальтобетонные смеси с малым содержанием щебня характеризуются пониженной сдвигоустойчивостью. С целью ее увеличения используют битумы повышенной вязкости, что часто приводит к образованию на покрытиях из литого асфальтобетона трещин. При воздействии высоких температур на таких покрытиях могут возникать вздутия. По этой причине качество устройства и уплотнения нижележащего слоя играет существенную роль. Структура этого слоя должна предотвращать образование таких вздутий, появляющихся между основанием и слоем дорожного покрытия. Такие деформации часто наблюдаются при устройстве покрытия из литого асфальтобетона на цементобетонном основании или на влажном и плотном промежуточном слое. Не наблюдается деформирования таких покрытий на пористом дорожном основании.

Литые асфальтобетонные смеси готовят в передвижных смесителях с большими лопастными мешалками, а также в обычных смесителях с принудительным перемешиванием смеси.

Для приготовления смеси с природным асфальтом чаще используются лопастные мешалки, где обеспечиваются эффективный разогрев брикетов и качественное его перемешивание с добавками каменных материалов. Вместимость мешалки - 1,5-3 т, а время, необходимое для получения одного замеса смеси, составляет 6-8 ч. Температура готовой смеси составляет 180-200°С. Лопастные передвижные мешалки чаще используют при небольших объемах работ.

Технические требования к качеству литого асфальтобетона строго не нормированы. Основные показатели физико-механических свойств этого бетона должны удовлетворять следующим требованиям: пористость минерального остова щебенистого асфальтобетона - не более 20%; песчаного литого асфальтобетона - не более 22%; остаточная пористость - не более 2% - водонасыщение - не более 1%; предел прочности при сжатии при температуре 50°С не менее 0,8 МПа, глубина погружения штампа для щебенистых асфальтобетонов в пределах 1-4 мм; для песчаных литых асфальтобетонов - 3-6 мм.

Для оценки качества литого асфальтобетона предлагается дополнительно использовать показатель глубины погружения штампа, определяемой по методике, принятой в Германии. Согласно этой методике, из литой асфальтобетонной смеси готовится призматический образец с размерами 100х100х50 мм или цилиндрический диаметром 100 м и высотой 50 мм, на который устанавливают металлический штамп диаметром 2,52 см (площадью 5 см 2) и прикладывают к нему нагрузку 0,525 кН. Эту нагрузку выдерживают в течение 30 мин, после чего замеряют глубину погружения штампа. Испытание литого асфальтобетона производят при температуре 40°С. В Венгрии испытание производят при температуре 20°С, а длительность нагружения принята 5 ч.

В литых асфальтобетонных смесях битума на 0,5% больше объема пустот минеральной части. В смеси применяется более тугоплавкий битум (с температурой размягчения не ниже 55-60°С. Вместе с тем покрытие должно быть достаточно пластичным в холодную погоду и не образовывать трещин при замерзании. Покрытия из горячих литых асфальтобетонных смесей, удовлетворяющие этим требованиям, при большем содержании битума и температуре 220-240°С имеют более высокую стоимость, чем покрытия из укатываемых асфальтобетонных смесей. Однако повышенные сроки службы покрытий из литых асфальтобетонных смесей побудили применять их в основном на грузонапряженных дорогах и автомагистралях.

Литые асфальтобетонные смеси укладывают в слои дорожного покрытия без уплотнения катками. Помимо большего процента битума (7,5-8,5%), они требуют большего количества минерального порошка (18-24%) при отношении битума к минеральному порошку около 0,65.

Литые асфальтобетонные смеси укладывают в дорожное покрытие автомагистрали слоями толщиной 3-4 см, располагаемыми на нижнем слое или основании из укатываемых средне- и крупнозернистых пористых асфальтобетонных смесей. До укладки литой смеси должен быть тщательно очищен нижний слой покрытия, проверены ровность его поверхности и требуемые уклоны. В продольном направлении по краям кладут деревянные брусья длиной до 20 м и высотой, соответствующей толщине укладываемого слоя, по шаблону с использованием геодезических инструментов. По мере охлаждения смеси (до 70-75°С) брусья переставляют. Для работы с автоматической системой укладки асфальтоукладчиков забивают штыри и натягивают по ним проволоку.

Для приготовления литых асфальтобетонных смесей в развитых странах Запада выпускают механизированные котлы на автомобильном шасси. В этих котлах перемешивают материалы, и приготовленную литую смесь (с перемешиванием в котлах в пути) доставляют к месту укладки. Литую смесь из котлов выгружают в асфальтоукладчик, который должен иметь очищенный и нагретый форсунками до 180-190°С бункер. В процессе перевозки литой смеси с завода и при укладке температуру в котле поддерживают на уровне 220-240°С. Работы организуют таким образом, чтобы смесь можно было доставлять только навстречу движению асфальтоукладчика. Смесь укладывают в дорожное покрытие только в теплую, сухую погоду при температуре не ниже 5°С. После выгрузки литой асфальтобетонной смеси в бункер асфальтоукладчик распределяет и разравнивает ее выглаживающим брусом без уплотнения катками. Поверхность дорожного покрытия из литой смеси имеет малую шероховатость, поэтому обязательно по горячему слою распределяют щебень размером 3-5 или 5-10 мм, предварительно обработанный битумом. Расход щебня составляет 6-10 кг/м 2. Щебень рассыпают с помощью самоходных щебнераспределителей, например системы Вольво. По остывшему дорожному покрытию до 150-80°С возможна прикатка распределенного щебня ручным рифленым катком массой до 30 кг. После охлаждения покрытия до температуры окружающего воздуха неутопленный щебень сметают с покрытия и открывают дорожное движение.

Некоторая сложность работ по укладке горячих литых асфальтобетонных смесей по приведенному способу побудила московских дорожников применить более жесткую и щебенистую литую смесь, в которой массовая доля щебня размером до 100 мм достигает 50-55%, а асфальтового вяжущего вещества - 15-18% с отношением битума к минеральному порошку в пределах 0,75. Температура приготовления и укладки такой литой смеси составляет 200-220°С. Особенность такой смеси в том, что ее можно перевозить не в котлах, а в автомобилях-самосвалах и укладывать асфальтоукладчиками с уплотнением вибротрамбующим брусом.

Использование литых асфальтобетонных смесей с добавкой серы в строительстве дорог

Во Франции используют литую асфальтобетонную смесь с добавкой серы для строительства слоев износа толщиной 1,5 и 3 см и для проведения текущего ремонта. Литая асфальтобетонная смесь с добавкой серы по основным показателям не уступает обычным литым асфальтобетонным смесям. В результате добавления серы снижается температура приготовления смеси с 250 до 150°С и сокращается расход битума, так как сера при высокой температуре является разжижителем и обладает хорошими адгезионными свойствами. Добавка серы дает возможность сократить количество минерального порошка в смеси. Однако большое содержание серы снижает трещиностойкость асфальтобетона из литых смесей в результате быстрого твердения смеси. При неизменном общем количестве минерального порошка увеличение содержания серы позволяет снизить расход битума.

В ходе лабораторных исследований было выявлено, что для повышения трещиностойцкости асфальтобетона оптимальное содержание серы составляет 30% от общего количества серы и минерального порошка.

В результате было определено, что прочность асфальтобетона из литых смесей с добавкой серы соответствует прочности обычного асфальтобетона, приготовленного из смеси, содержащей битум 60/70. Добавка серы улучшает адгезионные свойства смеси и способствует повышению со временем предела прочности при сжатии и растяжении (параметры стабилизируются примерно через месяц после укладки). Асфальтобетоны из литых смесей с добавкой серы характеризуются незначительной деформативностью при температуре 30°С.

На практике применяют литые асфальтобетоные смеси с добавкой серы, содержащие 23% минерального порошка и 30% серы. Смесь приготавливают в установке циклического действия. В каждом замесе сначала перемешивают каменный материал, минеральный порошок и битум, а затем при температуре 140-150°С вводят серу. Массу каждого замеса определяют с таким расчетом, чтобы введение 50 кг серы соответствовало ее дозировке в смеси, так как серу поставляют в упаковках массой 50 кг.

Применение литой асфальтобетонной смеси с добавкой серы для текущего ремонта дорог

Во Франции литую асфальтобетонную смесь с добавкой серы, содержащую битум 80/100 и каменный материал с размером зерен 0/4 или 0/6, используют для заделки выбоин дорожных покрытий и ремонта швов.

При ремонте глубоких выбоин (более 4-5 см) устраивают несколько слоев смеси или дополнительный слой из щебня с большим размером зерен (например, фракции 20/40). Слой из щебня обеспечивает снижение расхода литой асфальтобетонной смеси, а также повышает ее устойчивость и способствует равномерному остыванию уложенной смеси.

Материал (с добавкой серы) соответствующего состава для приготовления литой асфальтобетонной смеси доставляют на строительную площадку в виде гранул и перед использованием разогревают в котле при температуре 140-150°С.

Впервые во Франции литую асфальтобетонную смесь с добавкой серы для текущего ремонта дорожных покрытий применили на участке автомобильной дороги RN371 (департамент Сена и Марна) с интенсивностью движения 11 000 автомобилей в стуки. Ремонтные работы выполняли при температуре воздуха около 0°С. Глубина выбоин на покрытии достигала 12 см. Для улучшения сцепления смеси с ремонтируемой поверхностью с последней удаляли влагу при помощи газовой горелки, которая может быть применена для разогрева щебня для втапливания и асфальтобетона (при выравнивании поверхности дорожного покрытия). На участках скопления мелких трещин производили киркование. Зачистку (выравнивание) краев выбоин осуществляли мини-фрезеровщиком, предназначенным для удаления разметочной краски.

Укладку асфальтобетонной смеси с добавкой серы при проведении текущего ремонта осуществляли вручную. В горячую, только что уложенную литую смесь втапливали щебень с размером зерен 6/10 мм, что позволило сделать менее заметным отремонтированный участок. Перед втапливанием осуществляли предварительный разогрев щебня.

При ремонте участка автомобильной дороги RN371 использовали две установки со смесителями вертикального типа для разогрева смеси. В первой установке пропановая горелка находится под смесителем, который оборудован кожухом с масляной баней. Во второй установке передача тепла осуществляется посредством огнеупорного кирпича. Время разогрева смеси в первой установке 1,5 ч, во второй - 45 мин.

Для ремонта швов литую асфальтобетонную смесь с добавкой серы укладывают тонким слоем с помощью специального приспособления с подогреваемым рабочим органом в виде шпателя. Перед распределением асфальтобетонной литой смеси с добавкой серы производят очистку разрушенных частей швов.

Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР