Прогрессивные технологии устройства покрытий при ремонте дорог в США и Европе

В мире накоплен значительный опыт устройства дорожных покрытий при производстве ремонтных работ нетрадиционными способами. Наиболее широко используются следующие технологии ремонта .


Рис. 1. Конструкция дорожной одежды при устройстве тонкослойных слоев износа из битумосодержащих материалов (технология ФРГ): 1-основание; 2, 4-связующий слой; 3-текстильная прокладка; 5-двойная поверхностная обработка.


Рис. 2. График зависимости относительного удлинения от нагрузки: 1 - битум 80/100; 2 - Colflex 252.


Рис. 3. Сравнение свойств вяжущего: 1 - Bituflex, 2 - идеального.


Рис. 4. График зависимости относительного удлинения от нагрузки вяжущего Bituflex: до старения и после старения.


Рис. 5. Испытание на колееобразование: 1 - асфальтобетон из смеси Permflex; 2 - дренирующий асфальтобетон с использованием модифицированного вяжущего; 3 - дренирующий асфальтобетон с использованием чистого битума.

Микропокрытия

Это мелкозернистые верхние слои дорожных покрытий из смеси зерен заполнителя размером 0/3, 0/5 и 0/8 мм разнообразного состава с вяжущими различных модификаций (чаще всего битумы с добавками или заполнитель, предварительно обработанный вяжущим), устраиваемые при ремонте обычных покрытий.

Наиболее известным микропокрытием является Tapisable - тонкослойное покрытие, устроенное из смеси, включающей вяжущее Pagb 10 или Pagb 5, изготавливаемое по французской лицензии. Заполнителъ, состоящий из значительного количества дробленого и природного песка, молотого известняка и небольшого количества щебня 2/5, предварительно обрабатывают вяжущим в смесительной установке при температуре 120°С. Затем приготавливают асфальтобетонную смесь, содержащую битум В200 и В8О (8% по массе). Смесь укладывают грейдером или финишером слоем толщиной 2 см и уплотняют гладковальцовым катком или катком на пневмошинах.

Особые покрытия типа песчаного асфальтобетона

Преимуществом таких дорожных покрытий является высокая скорость укладки асфальтобетонной смеси в покрытие дороги и возможность сразу открывать движение транспортных средств. Недостаток - опасность аквапланирования при сильных дождях и скорости движения свыше 100 км/ч.

Приведенные выше способы применяли для ремонта дорожных покрытий до разработки шин с шипами противоскольжения.

Появление шин с шипами стимулировало разработку новых технологий устройства покрытий.

Тонкослойные покрытия из асфальтобетонной смеси, уложенной и уплотненной либо в горячем, либо в холодном состоянии

Наиболее распространен метод Hot Rolled Asphalt (HRA). В Великобритании метод НRА используют для ремонта покрытий дорог с большой грузонапряженностью. Для устройства нового покрытия применяют асфальтобетонную смесь, включающую значительное количество по массе крупного заполнителя и песка, вязкие битумы В45-В80 и добавки каменноугольного песка или природного асфальта.

По слою свежеуложенной и уплотненной вибробрусом финишера горячей асфальтобетонной смеси рассыпают высокосортный щебень фракций 8/11 или 11/16 мм, обработанный битумом, затем слой щебня укатывают с усилием 1000 МПа. Данный способ трудоемок.

Мастичные слои износа и щебеночно-мастичный асфальтобетон

Такой асфальтобетон используют в основном для ремонта дорожных покрытий. Асфальтобетонную смесь, состоящую из щебня, мастики и вяжущего, транспортируют в автомобиле-самосвале на строительную площадку и при помощи дорожной бетоноотделочной машины укладывают. Для уменьшения расхода щебня и вяжущего в смесь вводят асбестовые или целлюлозные волокна. Минимальное содержание вяжущего в щебеночно-мастичном асфальтобетоне: при размере зерен щебня 0/11 мм составляет 6,5% по массе, при 0/8 - 7%, при 0/5 вяжущее находится в пределах 7,2-7,5%.

Дренажные покрытия дорог

Это покрытия, остаточная пористость которых составляет до 15-20% по объему. Благодаря их способности отводить воду с поверхности покрытия дороги их используют на участках с переходными кривыми, с недостаточным поперечным и (или) продольным уклоном, то есть на участках с повышенной опасностью возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Модифицированное дренажное покрытие

Покрытие такого типа относится к полужестким типам покрытий, в которых при помощи виброкатка все пустоты заполнены быстротвердеющими искусственными материалами или цементным молоком. Такой метод используют для ремонта покрытий площадок специального назначения.

Тонкослойные покрытия Slurry Seal

Такие типы покрытий широко применяются в США. Для устройства нового покрытия используют смесь, включающую дробленый песок, щебень, известь или цемент, воду и катионоактивную эмульсию (иногда модифицированную полимером). Компоненты смеси перемешивают в смесителе непрерывного действия. Затем смесь укладывают на старое покрытие, на которое предварительно наносят клеящее вещество, и разравнивают без уплотнения. Движение транспортных средств по отремонтированному участку дороги открывают через полчаса после окончания работ.

Sami/Stress Abrorbing Membran Interlayer

Это эластичное покрытие с высокой долей содержания каучука (20% по массе) и вяжущего, предназначенное для заделки трещин при ремонте асфальтобетонных и цементобетонных дорожных покрытий.

Текущий ремонт дорог путем устройства нового тонкослойного покрытия

На участке автомобильной магистрали А6 (Париж-Лион) протяженностью 8 км с тремя полосами движения в каждом направлении и интенсивностью движения 41 000 авт/сут. (из них 10 000 грузовых автомобилей) произвели текущий ремонт. Трехслойное покрытие магистрали состояло из следующих слоев: нижнего - толщиной 25 см из минеральных материалов, обработанных гидравлическим вяжущим; среднего слоя - толщиной 12 см из асфальтобетона 0/14 мм; верхнего слоя - толщиной 5-6 см из асфальтобетона 0/10 мм.

Условия конкурса на проведение этих работ требовали гарантии на три года по толщине, сцеплению, шероховатости, устойчивости к деформациям, трещинообразованию и старению. В результате было принято решение на площади 65 000 м 2 устроить тонкослойное покрытие Rugavia толщиной 2,5 см из смеси, содержащей модифицированный битум Е80 с температурой размягчения более 70°С и глубиной проникания иглы при температуре 15°С от 70 до 90, а на площади 250 000 м 2 - дренирующее асфальтобетонное покрытие Drainovia толщиной 4 см (пористость асфальтобетона составляет 20%). В результате устройства такого покрытия уровень транспортного шума снижен (в среднем он составляет 3,7 дБ). Для приготовления смеси также использовали модифицированный битум Е80. Под слоем покрытия устраивали изолирующую прослойку из модифицированной эластомером эмульсии.

Rugoflex - тонкослойное покрытие для автомобильных дорог

Участок дороги протяженностью 3 км (магистраль RN 10) на подходе к городу Tours (Франция) был отремонтирован с устройством слоя толщиной 8 см из асфальтобетона 0/10 мм. При обследовании участка дороги обнаружены колеи глубиной 10-15 мм и низкая шероховатость покрытия. В процессе ремонта устроили новое покрытие толщиной 23-37 мм с использованием асфальтобетонной смеси (2/6) Rugoflex, в состав которой входили: щебень фракции 10/14, щебень 6/10, песок 0/2, наполнитель и волокна и битум 40/50. Доля минеральных материалов с размером зерен менее 0,09 мм составляла 11%. Смесь Rugoflex приготавливали в установке со смесителем периодического действия производительностью 100 т/ч, причем в первую очередь загружали щебень и волокна (последние упакованы в легкоплавкие пластиковые пакеты) и перемешивали в течение 6 секунд, затем добавляли наполнитель и продолжали перемешивать в течение 19 секунд. После введения битума компоненты смеси перемешивали еще 30 секунд. Смесь, накрытую тентом, транспортировали к строительной площадке. Перед распределением новой смеси при помощи финишера (рабочая скорость которого составляет 4-6 м/мин) производили подгрунтовку основания, особенно в местах несфрезерованной термопластичной разметки. Окончательное уплотнение выполняли катком-тандемом массой 10 тонн при температуре смеси от 110 до 120°С. Каток следовал на расстоянии от 30 до 80 метров от финишера. Обследования участка дороги, проведенные через 10 дней; 5 месяцев; 2; 4; 6 и 10 лет после начала эксплуатации, показали отсутствие колей на покрытии, его высокую шероховатость, износостойкость и хорошую способность к водоотводу.

Способ устройства тонкослойных слоев износа из битумосодержащих материалов

Технология производства работ заключается в следующем: планировка основания дорожной одежды; подгрунтовка вяжущим VВ 60/90 с расходом 1-2 кг/м 2; укладка текстильной прокладки с решетчатой или грубопористой структурой без соединения внахлест; пропитка текстильной прокладки вяжущим VВ 60/90 с расходом от 1 до 1,5/м2; устройство двойной поверхностной обработки обычным способом (см. рис. 1). (Патент ФРГ 258 432, Технический институт, г. Лейпциг).

Вяжущее Bituflex и асфальтобетонные смеси Ruflex и Permflex, приготовленные с использованием вяжущего Colflex

Модифицированное вяжущее Colflex, содержащее чистый дорожный битум (40/50, 80/100 или 180/220) и добавку, состоящую из синтезированного эластомера стиролбутадиенстирола типа Cariflex и диспергатора, разработано фирмой "Colas" (Франция) с целью улучшения механических свойств дорожных битумов. Кроме того, для повышения адгезии в это вяжущее может быть введена специальная добавка, дозировка которой зависит от области применения асфальтобетонной смеси, приготовленной с использованием вяжущего Colflex.

Вяжущее типа Colflex приготавливают на заводах, оснащенных наиболее современными контрольно-измерительными приборами, с целью обеспечения его устойчивости и равномерного распределения эластомера в битуме. В качестве примера в таблице 1 приведен сравнительный анализ некоторых характеристик двух типов вяжущего Colflex с различным содержанием добавок и битума 80/100.

Кроме того, в процессе испытаний на растяжимость при температуре -10°С и скорости растяжения 10 мм/мин вяжущего Colflex 252 и битума 80/100 выявлены хорошие упругопластические свойства вяжущего Colflex и хрупкость чистого битума при низкой температуре (см. рис. 2).

Эти характеристики вяжущего обеспечивают получение асфальтобетона с высшим модулем упругости в интервале температур, в которых протекает эксплуатация этого вяжущего, со способностью к деформациям под действием повторных нагрузок, с высокой усталостной прочностью; менее интенсивным колееобразованием; меньшей вероятностью возникновения явления текучести, сохранением или даже увеличением шероховатости с течением времени и достаточной водостойкостью.

Вяжущее Colflex может быть использовано для приготовления вяжущего Bituflex, применяемого для устройства поверхностной обработки большой толщины, для приготовления смесей Buflex и Permflex, предназначенных соответственно для устройства тонких шероховатых и дренирующих асфальтобетонных покрытий.

Поверхностная обработка Bituflex может быть использована либо в качестве слоя износа, либо в качестве промежуточного слоя (так называемого мембранного ).

Слой износа устраивают на дорогах и магистралях, деформации дорожных одежд которых не позволяют использовать обычные асфальтобетонные смеси при проведении ремонтных работ. В результате получают водонепроницаемое шероховатое покрытие.

Промежуточный мембранный слой способен в течение длительного времени обеспечивать герметичность основания дорожной одежды, например, под дренирующим асфальтобетонным покрытием.

Вяжущее Bituflex по своим свойствам близко к идеальному вяжущему, что дает возможность поверхностной обработке Bituflex выдерживать значительные деформации, возникающие в результате деформации основания дорожной одежды и перемещений в местах расположения трещин (см. рис. 3).

Высокая способность к удлинению до и после старения вяжущего Bituflex может быть проиллюстрирована графиком, полученным на основании результатов испытания на растяжимость при температуре +20°С и скорости растяжения 500 мм/мин (см. рис. 4).

Вяжущее Bituflex характеризуется высокой адгезией. Адгезия вяжущего типа Bituflex и четырех видов каменного материала (кремния, известняка, кварцита и микродиорита) равна 100. Такое вяжущее, распределяемое из расчета 2,5-3 кг/м2 (в большем количестве, чем вяжущее для обычной поверхностной обработки), образует, не вызывая текучести, герметичную мембрану, препятствующую появлению отраженных трещин.

Асфальтобетонная смесь типа Ruflex с прерывистым гранулометрическим составом предназначена для устройства таких шероховатых слоев износа как при проведении работ по содержанию, так и по усилению дорожной одежды. Шероховатость слоя обеспечивает прерывистость гранулометрического состава. Вяжущее Colflex в течение длительного времени способствует сохранению начальных характеристик слоя, а также дает возможность укладывать смесь Ruflex на сложных основаниях дорожных одежд. Так, если смесь с обычным чистым битумом трудно уложить на брусчатую мостовую, то слой из смеси Ruflex надежно на ней удерживается даже при небольшой толщине. Это вяжущее повышает усталостную прочность и увеличивает модуль упругости при сдвиге слоев асфальтобетона из смеси типа Ruflex, повышает устойчивость асфальтобетона к колееобразованию. При испытании асфальтобетона типа Ruflex на устойчивость к колееобразованию глубина колеи составила 5 мм при 100 000 циклов, в то время как в стандартах на асфальтобетоны из смесей, используемых при проведении работ по содержанию и ремонту дорог, эта величина составляет 10 мм при 1000 циклов и 20 мм при 3000 циклов.

Большинство участков с покрытиями из смеси Ruflex находятся в настоящее время в хорошем эксплуатационном состоянии и сохранили шероховатость.

Смесь типа Ruflex может быть уложена слоем толщиной порядка 20 мм.

В последние годы разработана смесь Permflex (с вяжущим Colflex), используемая для строительства дренирующих слоев покрытий из асфальтобетона с остаточной пористостью более 20%.

Покрытие из смеси Permflex по сравнению с обычными дренирующими дорожными покрытиями характеризуется высокой дренирующей способностью во время дождя.

Измерение водопроницаемости дорожного покрытия Permflex после трех лет эксплуатации при помощи пермеометра Saint-Brieuc дало результаты 50-100 см3/с.

Важным преимуществом использования смеси Permflex является низкий уровень шума при движении автомобилей (на 3 дБ ниже, чем при движении по другим дренирующим покрытиям).

Сохранение таких свойств дренирующих покрытии Permflex объясняется применением вяжущего Colflex, которое позволяет сохранить в течение длительного периода времени высокую пористость асфальтобетонного покрытия дороги или магистрали.

Испытания на колееобразование трех дренирующих асфальтобетонов с одинаковым гранулометрическим составом подтвердили преимущество использования асфальтобетона из смеси Permflex (см. рис. 5).

Ряд европейских стран (Австрия и Испания), заинтересовавшись свойствами смеси Permflex, построили несколько участков дорог с их использованием.

Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР