О некоторых аспектах повышения качества асфальтобетонных покрытий
Рост интенсивности и грузонапряженности движения потребовал привлечения в дорожную отрасль больших капиталовложений, что способствовало увеличению объемов строительства автомобильных дорог, повышению требований к их транспортно-эксплуатационным показателям и определило все возрастающее внимание к организации, технической оснащенности и оперативности контроля качества работ. Для того, чтобы огромные материальные, финансовые и трудовые ресурсы государства были использованы наилучшим образом, необходима своевременная система контроля качества строительства дорог.
Основные слагаемые успешной реализации программы качества при устройстве дорожных покрытий состоят в создании эффективной системы контроля качества как на стадии строительства, так и на предприятиях-изготовителях, производящих асфальтобетонные смеси. Наличие сбоев и выход из строя оборудования характерны даже для самых современных и высокоточных отраслей промышленности. В этом случае крайне важной становится проблема оценки качества произведенной продукции на возможно более ранней стадии. Это позволяет контролировать работу производственных машин, оперативно устранять возникающие неполадки в технологическом процессе, своевременно находить и производить замену износившихся узлов и механизмов, учитывать влияние человеческого фактора. Производство работ по приготовлению асфальтобетонной смеси связано с постоянным и неизбежным изменением исходных материалов, а также возможными нарушениями технологического регламента производства работ. Это могут быть ошибки в дозировке исходных материалов, некачественное перемешивание смеси, использование грязных и недостаточно высушенных каменных материалов с большим количеством гигроскопичных частиц, пережег смеси, аварийная остановка АБЗ вследствие выхода из строя отдельных узлов, механизмов и т.д. Все эти факторы, безусловно, влияют на качество асфальтобетона. В системе повышения качества устройства дорожных покрытий особое место отводится контролю качества приготовления асфальтобетонных смесей на предприятиях-изготовителях. Допущенные на стадии приготовления асфальтобетонных смесей ошибки исправить на завершающем этапе строительства, когда формируется макроструктура асфальтобетона, уже невозможно. При современной механизации и автоматизации технологических процессов изготовления асфальтобетона большое влияние на уровень качества оказывают технологическое оборудование и техническая информация. Своевременная оценка качества выпускаемой асфальтобетонной смеси — это возможность избежать значительных материальных, трудовых и энергетических затрат. От точности и ритмичности технологических процессов зависят главные слагаемые качества асфальтобетонного покрытия.
Неэффективность существующего операционного контроля при приготовлении асфальтобетонных смесей связана с требованием нормативного документа проводить испытания по определению механических свойств асфальтобетонных образцов через 12-48 часов после их изготовления, что фактически означает перенос испытаний на следующий день. Необходимость указанного временного интервала обусловлена тем, что в асфальтобетоне при объединении минеральной части и битума на границе их раздела продолжают протекать процессы физико-химического взаимодействия, связанные с образованием в разной степени развитого адсорбционного слоя и процессом упорядочивания микроструктуры асфальтобетона.
Таким образом, к моменту определения качества асфальтобетонной смеси покрытие из нее будет уже устроено. Материальные, энергетические и трудовые затраты, связанные с приготовлением смеси, устройством из нее покрытия и последующим сокращением межремонтных сроков его службы, компенсировать уже невозможно. Операционный контроль в этом случае позволяет только фиксировать брак, в то время как основная его цель — предупреждать появление брака. Разработанные к настоящему времени ускоренные методы определения механических свойств асфальтобетона практически не были востребованы практикой. Это было обусловлено присущими им существенными недостатками, связанными с тем, что они позволяли определить прочностные показатели асфальтобетона только косвенным образом с использованием поправочных коэффициентов и номограмм со сложными функциональными зависимостями, что не обеспечивало требуемой точности и стабильности результатов. При этом поправочные коэффициенты были даны только для испытания на одноосное сжатие при температурах 20° и 50°С для шести наиболее часто применяемых в стране составов асфальтобетонных смесей. При определении показателей прочности производственных составов, отличающихся от шести эталонных, необходимо было проводить определение поправочных коэффициентов путем статистической обработки результатов испытаний. Однако каким образом это делать, не указывалось. Очевидно, что статистическая обработка не только увеличит продолжительность получения результата, но и потребует проведения дополнительных исследований с изготовлением большего количества асфальтобетонных образцов и, как следствие, приведет к увеличению трудоемкости и снижению оперативности при операционном контроле качества.
Кроме того, в настоящее время отсутствует такое понятие, как «наиболее часто применяемые составы асфальтобетонных смесей». Сегодня уже широко используются новые конструкционные материалы (асфальтобетоны на модифицированных битумах и на композиционных органогидравлических вяжущих, армированные асфальтобетоны, асфальтобетоны на битумах повышенной вязкости и др.). Предприятия-изготовители выпускают различные типы асфальтобетонов, отличающихся составом, формой и характером поверхности минерального материала, степенью структурирования битума, качеством исходных материалов, наличием различных модифицирующих добавок, адгезионных присадок и т.д. Изменились подходы и в оценке механических свойств асфальтобетона. Наряду с испытанием на одноосное сжатие появились новые методы с иными условиями деформирования образцов и при других температурах. Таким образом, в сфере производства создались условия, когда наряду с требованием времени о необходимости повышения качества производства работ предприятия-изготовители не имели возможности оперативно контролировать и влиять на одну из основных технологических операций при устройстве асфальтобетонных покрытий - качество приготовленной асфальтобетонной смеси. На это обстоятельство неоднократно обращали внимание представители производственных организаций. Учитывая актуальность задач в области контроля качества работ при устройстве покрытий, а также инициативы снизу, Комитет по автомобильным дорогам в 1998 г. утвердил для института «Дорстройтехника» научно-исследовательскую работу по разработке ускоренных методов испытаний асфальтобетона. Приступая к выполнению поставленной задачи, необходимо было определить основные направления исследований. Очевидно, что для того, чтобы избежать указанных выше недостатков, сделать метод универсальным, не зависящим от состава асфальтобетона, качества исходных материалов, температуры и метода испытаний, необходим поиск других путей решения поставленной задачи с определением основных требований, которым должен соответствовать экспресс-метод определения механических показателей асфальтобетона.
На основании анализа работ, посвященных проблемам оперативной оценки качества, установили, что для повышения оперативности и эффективности операционного контроля экспресс-метод определения механических свойств должен отвечать следующим требованиям:
— получение результата через 1-2 часа после изготовления образцов прямым испытанием;
— возможность определения механических свойств асфальтобетона независимо от температуры, метода испытаний и состава;
— обеспечение необходимой точности и стабильности результатов испытаний (воспроизводимость и сходимость по отношению к стандартному методу); — простота и доступность выполнения, позволяющая получать необходимый результат без значительных материальных, энергетических и трудовых затрат. Это положение продиктовано недостаточной укомплектованностью лабораторий предприятий-изготовителей высококвалифицированными кадрами и недостаточной обеспеченностью лабораторным и испытательным оборудованием.
Для того чтобы решить поставленную задачу, необходимо было ответить на три вопроса: какие процессы происходят в материале асфальтобетона с течением времени, можно ли на них повлиять, ускорив эти процессы, и если да, то каким образом? В результате проведенных исследований удалось установить, что ускорить процесс структурообразования асфальтобетонных образцов можно путем создания в них определенного температурного градиента в результате гидротемпературного охлаждения. Появление в материале асфальтобетона устойчивого температурного градиента, направленного по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, вызовет в пленках битума определенные термонапряжения, вектор действия сил которых совпадает по направлению с действием полярных сил со стороны минерального материала. Совпадение направлений векторов сил, действующих со стороны минерального материала и возникающих термонапряжений, ускоряет процесс упорядочивания структуры асфальтобетона. Предложенная методика позволяет спустя 30 мин. после извлечения образца из формы для прессования начинать подготовку и проведение испытаний по определению механических свойств асфальтобетона.
Приказом Комитета по автомобильным дорогам с 1.08.2001 г. были утверждены и введены в действие для опытного применения сроком на 2 года «Рекомендации по ускоренным методам испытаний асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов». Несмотря на то, что рекомендации для предприятий- изготовителей не являются обязательным документом, тем не менее, предприятия государственной (ОАО ДСТ-1, ОАО ДСТ-4) и частной формы собственности (УП «ТВ Дорстрой») в производственных условиях достаточно широко использовали для работы экспресс-методы испытаний асфальтобетона, изложенные в «Рекомендациях по ускоренным методам испытаний». По данным этих организаций, суммарное количество смеси, оценка качества которой проводилась с использованием экспресс-методов испытаний, составила более полумиллиона тонн, а количество испытаний — более 3000. На основании результатов практического использования Рекомендаций по ускоренным методам испытаний асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов, а также в целях реализации Программы стандартизации и метрологии департамента «Белавтодор» на 2003-2004 гг. был разработан и утвержден новый предстандарт по экспресс-методам испытаний СТБ П 1536-2005. Задачами разработки предстандарта явилось установление правил и методов ускоренного определения физико-механических свойств асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов, сокращение продолжительности испытаний при контроле качества на предприятиях-изготовителях, а также сокращение объемов работ при определении оптимальных составов асфальтобетонов в центральных лабораториях и в лабораториях предприятий-изготовителей. На стадии утверждения проекта предстандарта РУП «Стройтехнорм» проводил проверку эффективности экспресс- методов испытаний, приведенных в документе. На основании результатов аттестации методик испытаний, изложенных в нормативном документе, получен Аттестат на экспресс-методы испытаний, и с 1 января 2006 г. вводится в действие СТБ П 1536 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Экспресс-методы испытаний».
В. ЯРОМКО, доктор технических наук, профессор,
И. ЖАЙЛОВИЧ, инженер РУП «БелдорНИИ»
Основные слагаемые успешной реализации программы качества при устройстве дорожных покрытий состоят в создании эффективной системы контроля качества как на стадии строительства, так и на предприятиях-изготовителях, производящих асфальтобетонные смеси. Наличие сбоев и выход из строя оборудования характерны даже для самых современных и высокоточных отраслей промышленности. В этом случае крайне важной становится проблема оценки качества произведенной продукции на возможно более ранней стадии. Это позволяет контролировать работу производственных машин, оперативно устранять возникающие неполадки в технологическом процессе, своевременно находить и производить замену износившихся узлов и механизмов, учитывать влияние человеческого фактора. Производство работ по приготовлению асфальтобетонной смеси связано с постоянным и неизбежным изменением исходных материалов, а также возможными нарушениями технологического регламента производства работ. Это могут быть ошибки в дозировке исходных материалов, некачественное перемешивание смеси, использование грязных и недостаточно высушенных каменных материалов с большим количеством гигроскопичных частиц, пережег смеси, аварийная остановка АБЗ вследствие выхода из строя отдельных узлов, механизмов и т.д. Все эти факторы, безусловно, влияют на качество асфальтобетона. В системе повышения качества устройства дорожных покрытий особое место отводится контролю качества приготовления асфальтобетонных смесей на предприятиях-изготовителях. Допущенные на стадии приготовления асфальтобетонных смесей ошибки исправить на завершающем этапе строительства, когда формируется макроструктура асфальтобетона, уже невозможно. При современной механизации и автоматизации технологических процессов изготовления асфальтобетона большое влияние на уровень качества оказывают технологическое оборудование и техническая информация. Своевременная оценка качества выпускаемой асфальтобетонной смеси — это возможность избежать значительных материальных, трудовых и энергетических затрат. От точности и ритмичности технологических процессов зависят главные слагаемые качества асфальтобетонного покрытия.
Неэффективность существующего операционного контроля при приготовлении асфальтобетонных смесей связана с требованием нормативного документа проводить испытания по определению механических свойств асфальтобетонных образцов через 12-48 часов после их изготовления, что фактически означает перенос испытаний на следующий день. Необходимость указанного временного интервала обусловлена тем, что в асфальтобетоне при объединении минеральной части и битума на границе их раздела продолжают протекать процессы физико-химического взаимодействия, связанные с образованием в разной степени развитого адсорбционного слоя и процессом упорядочивания микроструктуры асфальтобетона.
Таким образом, к моменту определения качества асфальтобетонной смеси покрытие из нее будет уже устроено. Материальные, энергетические и трудовые затраты, связанные с приготовлением смеси, устройством из нее покрытия и последующим сокращением межремонтных сроков его службы, компенсировать уже невозможно. Операционный контроль в этом случае позволяет только фиксировать брак, в то время как основная его цель — предупреждать появление брака. Разработанные к настоящему времени ускоренные методы определения механических свойств асфальтобетона практически не были востребованы практикой. Это было обусловлено присущими им существенными недостатками, связанными с тем, что они позволяли определить прочностные показатели асфальтобетона только косвенным образом с использованием поправочных коэффициентов и номограмм со сложными функциональными зависимостями, что не обеспечивало требуемой точности и стабильности результатов. При этом поправочные коэффициенты были даны только для испытания на одноосное сжатие при температурах 20° и 50°С для шести наиболее часто применяемых в стране составов асфальтобетонных смесей. При определении показателей прочности производственных составов, отличающихся от шести эталонных, необходимо было проводить определение поправочных коэффициентов путем статистической обработки результатов испытаний. Однако каким образом это делать, не указывалось. Очевидно, что статистическая обработка не только увеличит продолжительность получения результата, но и потребует проведения дополнительных исследований с изготовлением большего количества асфальтобетонных образцов и, как следствие, приведет к увеличению трудоемкости и снижению оперативности при операционном контроле качества.
Кроме того, в настоящее время отсутствует такое понятие, как «наиболее часто применяемые составы асфальтобетонных смесей». Сегодня уже широко используются новые конструкционные материалы (асфальтобетоны на модифицированных битумах и на композиционных органогидравлических вяжущих, армированные асфальтобетоны, асфальтобетоны на битумах повышенной вязкости и др.). Предприятия-изготовители выпускают различные типы асфальтобетонов, отличающихся составом, формой и характером поверхности минерального материала, степенью структурирования битума, качеством исходных материалов, наличием различных модифицирующих добавок, адгезионных присадок и т.д. Изменились подходы и в оценке механических свойств асфальтобетона. Наряду с испытанием на одноосное сжатие появились новые методы с иными условиями деформирования образцов и при других температурах. Таким образом, в сфере производства создались условия, когда наряду с требованием времени о необходимости повышения качества производства работ предприятия-изготовители не имели возможности оперативно контролировать и влиять на одну из основных технологических операций при устройстве асфальтобетонных покрытий - качество приготовленной асфальтобетонной смеси. На это обстоятельство неоднократно обращали внимание представители производственных организаций. Учитывая актуальность задач в области контроля качества работ при устройстве покрытий, а также инициативы снизу, Комитет по автомобильным дорогам в 1998 г. утвердил для института «Дорстройтехника» научно-исследовательскую работу по разработке ускоренных методов испытаний асфальтобетона. Приступая к выполнению поставленной задачи, необходимо было определить основные направления исследований. Очевидно, что для того, чтобы избежать указанных выше недостатков, сделать метод универсальным, не зависящим от состава асфальтобетона, качества исходных материалов, температуры и метода испытаний, необходим поиск других путей решения поставленной задачи с определением основных требований, которым должен соответствовать экспресс-метод определения механических показателей асфальтобетона.
На основании анализа работ, посвященных проблемам оперативной оценки качества, установили, что для повышения оперативности и эффективности операционного контроля экспресс-метод определения механических свойств должен отвечать следующим требованиям:
— получение результата через 1-2 часа после изготовления образцов прямым испытанием;
— возможность определения механических свойств асфальтобетона независимо от температуры, метода испытаний и состава;
— обеспечение необходимой точности и стабильности результатов испытаний (воспроизводимость и сходимость по отношению к стандартному методу); — простота и доступность выполнения, позволяющая получать необходимый результат без значительных материальных, энергетических и трудовых затрат. Это положение продиктовано недостаточной укомплектованностью лабораторий предприятий-изготовителей высококвалифицированными кадрами и недостаточной обеспеченностью лабораторным и испытательным оборудованием.
Для того чтобы решить поставленную задачу, необходимо было ответить на три вопроса: какие процессы происходят в материале асфальтобетона с течением времени, можно ли на них повлиять, ускорив эти процессы, и если да, то каким образом? В результате проведенных исследований удалось установить, что ускорить процесс структурообразования асфальтобетонных образцов можно путем создания в них определенного температурного градиента в результате гидротемпературного охлаждения. Появление в материале асфальтобетона устойчивого температурного градиента, направленного по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, вызовет в пленках битума определенные термонапряжения, вектор действия сил которых совпадает по направлению с действием полярных сил со стороны минерального материала. Совпадение направлений векторов сил, действующих со стороны минерального материала и возникающих термонапряжений, ускоряет процесс упорядочивания структуры асфальтобетона. Предложенная методика позволяет спустя 30 мин. после извлечения образца из формы для прессования начинать подготовку и проведение испытаний по определению механических свойств асфальтобетона.
Приказом Комитета по автомобильным дорогам с 1.08.2001 г. были утверждены и введены в действие для опытного применения сроком на 2 года «Рекомендации по ускоренным методам испытаний асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов». Несмотря на то, что рекомендации для предприятий- изготовителей не являются обязательным документом, тем не менее, предприятия государственной (ОАО ДСТ-1, ОАО ДСТ-4) и частной формы собственности (УП «ТВ Дорстрой») в производственных условиях достаточно широко использовали для работы экспресс-методы испытаний асфальтобетона, изложенные в «Рекомендациях по ускоренным методам испытаний». По данным этих организаций, суммарное количество смеси, оценка качества которой проводилась с использованием экспресс-методов испытаний, составила более полумиллиона тонн, а количество испытаний — более 3000. На основании результатов практического использования Рекомендаций по ускоренным методам испытаний асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов, а также в целях реализации Программы стандартизации и метрологии департамента «Белавтодор» на 2003-2004 гг. был разработан и утвержден новый предстандарт по экспресс-методам испытаний СТБ П 1536-2005. Задачами разработки предстандарта явилось установление правил и методов ускоренного определения физико-механических свойств асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов, сокращение продолжительности испытаний при контроле качества на предприятиях-изготовителях, а также сокращение объемов работ при определении оптимальных составов асфальтобетонов в центральных лабораториях и в лабораториях предприятий-изготовителей. На стадии утверждения проекта предстандарта РУП «Стройтехнорм» проводил проверку эффективности экспресс- методов испытаний, приведенных в документе. На основании результатов аттестации методик испытаний, изложенных в нормативном документе, получен Аттестат на экспресс-методы испытаний, и с 1 января 2006 г. вводится в действие СТБ П 1536 «Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Экспресс-методы испытаний».
В. ЯРОМКО, доктор технических наук, профессор,
И. ЖАЙЛОВИЧ, инженер РУП «БелдорНИИ»
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 25 за 2005 год в рубрике дороги
