Долговечные асфальтобетоны для Беларуси
На форуме «Автомобильные дороги – 2010», состоявшемся 19 марта в Минске при организации со стороны компании IventMedia, выступил Алексей АФАНАСЕНКО, научный сотрудник Белорусского национального технического университета. Он рассказал о долговечных асфальтобетонах для белорусских условий. Далее – изложение письменной версии этого выступления.
Опыт Германии, Финляндии, Швеции и других европейских стран, а также исследования белорусских ученых свидетельствуют, что один из путей повышения надежности и долговечности дорожных покрытий – применение асфальтобетонов повышенной плотности. Но применение таких смесей в Беларуси осложнено отсутствием соответствующей теории, методики их подбора и, главное, технических требований к ним, учитывающих особенности климата и движения на дорогах республики.
В последние годы в качестве верхнего слоя дорожных покрытий в Беларуси чаще всего используются щебеночно-мастичные асфальтобетоны. Их особенность – высокое содержание минерального материала и асфальтовяжущего. При этом специфика структуры указанных асфальтобетонов предусматривает обязательное присутствие в качестве основных структурных составляющих прочного щебня и небольшого количества стабилизирующей – обычно волокнистой – добавки для дисперсного армирования вяжущего. Эти смеси положительно зарекомендовали себя благодаря значительной долговечности и высоким эксплуатационным характеристикам. Они описаны в СТБ 1033-04 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия».
Наряду со щебеночно-мастичным асфальтобетоном для устройства верхних слоев покрытий следует использовать и литые асфальтобетонные смеси. Покрытие, устраиваемое из литого асфальтобетона, обладает повышенной износостойкостью, коррозионной устойчивостью, служит до 20 лет, устойчиво к длительному воздействию воды и противогололедных реагентов. Литые асфальтобетонные смеси популярны в Германии, где для их приготовления, транспортирования и укладки создано высокопроизводительное оборудование.
Литой асфальтобетон имеет минимальный уровень надежности 0,95, при условии модификации вяжущего вещества; щебнемастичный – 0,86. Значит, между данными типами асфальтобетона есть «промежуток» от 0,86 до 0,95. Его может занять разработанный в БНТУ «полулитой» высокоплотный асфальтобетон. Отличие этого материала от литого заключается в меньшем содержании битума и минерального порошка, а также в содержании стабилизирующих добавок. Это позволяет отказаться от применения специальных термосов-смесителей по доставке асфальтобетона на объект – основного недостатка литого асфальтобетона. У него, по сравнению со щебнемастичным, повышенная плотность, а также подвижность, что снижает затраты на уплотнение.
Для реализации на практике предложенных смесей разработана методика проектирования составов высокоплотных асфальтобетонов, осуществляемая на основании оптимизации состава по сдвигоустойчивости, температурной трещиностойкости, усталостной трещиностойкости и коррозионной стойкости. Оптимизация состава минеральной части, выбор вяжущего и определение его оптимального содержания производится из условия обеспечения требуемого уровня надежности как интегральной характеристики долговечности. Зерновой состав минеральной части высокоплотных асфальтобетонов приведен на рисунке, технические требования к ним даны в таблице.
Одна из особенностей разработанного в БНТУ высокоплотного асфальтобетона – применение стабилизирующих добавок – способствует удержанию горячего маловязкого битума на поверхности зерен минерального материала во время предварительного хранения и транспортирования смесей, а также обеспечивает их стабильность при производстве работ. И для щебеночно-мастичного, и для высокоплотного асфальтобетона могут применяться стабилизирующие добавки, приготовленные на основе целлюлозных волокон. Специально выпускаемые для дорожного строительства стабилизирующие добавки на основе целлюлозных волокон имеют марки Viatop, Topcel, Technocel, Iterfibra, Arbocel, Antrocel и т.д. Применение данных добавок основано только на повышении технологической устойчивости асфальтобетонных смесей, но не позволяет повысить физико-механические характеристики асфальтобетона. Кроме того, означенные импортные добавки имеют высокую стоимость.
Поэтому разрабатывалась отечественная добавка, обеспечивающая улучшение не только стабильности смеси при транспортировке и укладке, но и повышение ее прочностных показателей, а также снижение ее стоимости. В лабораторных условиях создали и апробировали стабилизирующую и структурирующую гранулированную добавку для высокоплотной асфальтобетонной смеси, которая в своем составе содержит целлюлозное волокно, битум, химическое и/или органическое волокно и термостабилизатор.
Разработаны и применяются на практике технические условия ТУ BY 100019869.577-2008 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон повышенной деформационной устойчивости для конструктивных слоев дорожных одежд улиц г. Минска», куда данные высокоплотные асфальтобетоны вошли под именем АПДУ 1 марок I, II и III.
Осуществляется также комплексная переработка существующих составов, с целью продления срока службы покрытий в первую очередь городских улиц и дорог населенных пунктов. Доныне для устройства покрытий городских улиц, в том числе в Минске, использовали асфальтобетонные смеси, приготавливаемые согласно СТБ 1033. Практика показала, что данные асфальтобетонные смеси не обладают необходимой надежностью, что приводило к увеличению затрат на ремонт уже в первые годы эксплуатации покрытий. Так, покрытия на перекрестках и остановках общественного транспорта ремонтируются круглый год. Объемы ямочного ремонта достигали 30 процентов площади покрытий.
Причина проблем – СТБ 1033 ориентирован на загородные дороги. В то же время режимы эксплуатации городских улиц и загородных дорог отличны. Во-первых, температура покрытий городских улиц летом выше из-за препятствующей конвекции воздуха окружающей застройки. Во-вторых, водоотвод с покрытий городских улиц зимой практически не работает. Это приводит к постоянному воздействию на асфальтобетон воды и солей из песчано-соляных смесей против скольжения. В-третьих, скорость движения транспорта в городе намного ниже, что вызывает более высокий темп роста деформаций покрытия и летом, и зимой. Положение усугубляется значительным ростом интенсивности движения на городских улицах и нагрузок на них в последние годы.
Исследования, в том числе московские, показали, что для обеспечения надежной и долговечной работы дорожных покрытий городских улиц технические требования к материалам покрытий необходимо повысить по сравнению с загородными дорогами в 1,5-2,5 раза. Достичь таких показателей на существующих исходных материалах (битум, щебень, минеральный порошок) было невозможно. Значит, следовало выбрать путь повышения качества материалов для устройства дорожных покрытий. С тем чтобы продлить сроки их службы, уменьшить затраты на ремонт и повысить безопасность движения.
Необходимо было:
– разработать ТНПА, обеспечивающие повышение надежности асфальтобетонов для устройства улиц Минска;
– внести изменения в действующие ТНПА по проектированию дорожных одежд улиц населенных пунктов относительно расчетных нагрузок и методик расчета на прочность;
– разработать технологию и составы по модификации битумов и асфальтобетонных смесей.
Решение данных задач лежит в плоскости модификации структуры самого битума путем ввода различных полимерных добавок либо модификации асфальтобетонных смесей путем ввода модифицирующих, структурирующих и стабилизирующих добавок. Подрядные строительные организации используют оба подхода, так как в одних случаях лучше модифицированные битумы, в других – модифицированные добавками асфальтобетонные смеси. Кстати, такой подход соответствует мировой практике.
В результате комплексной работы удалось достичь требуемых показателей качества асфальтобетонных смесей и, следовательно, увеличить межремонтные сроки дорожных покрытий улиц Минска. Таким образом, все белорусские предприятия, выпускающие асфальтобетонные смеси повышенной деформационной устойчивости, теперь соответствуют по своему уровню передовым мировым производствам. Выпускаемые асфальтобетонные смеси не имеют аналогов в Беларуси и странах СНГ.
Первый опыт применения указанных асфальтобетонных смесей появился в 2006 году в Минске при капремонте улицы Янки Купалы на участке от проспекта Независимости до улицы Максима Богдановича. Несмотря на очень тяжелое движение транспорта и большие продольные уклоны участка, его трехлетняя эксплуатация показала отсутствие деформаций. В случае же применения асфальтобетонных смесей по СТБ 1033 данный участок потребовал бы скорого ремонта по крайней мере на остановках общественного транспорта. Что касается наибольшего объема работ с новыми асфальтобетонными смесями, то он относится к 2009 году. В целом, при соблюдении технологии устройства покрытия из асфальтобетонных смесей повышенной деформационной устойчивости удовлетворяют требованиям эксплуатации городских улиц.
Подготовил Дмитрий ЖУКОВ
Опыт Германии, Финляндии, Швеции и других европейских стран, а также исследования белорусских ученых свидетельствуют, что один из путей повышения надежности и долговечности дорожных покрытий – применение асфальтобетонов повышенной плотности. Но применение таких смесей в Беларуси осложнено отсутствием соответствующей теории, методики их подбора и, главное, технических требований к ним, учитывающих особенности климата и движения на дорогах республики.
Наряду со щебеночно-мастичным асфальтобетоном для устройства верхних слоев покрытий следует использовать и литые асфальтобетонные смеси. Покрытие, устраиваемое из литого асфальтобетона, обладает повышенной износостойкостью, коррозионной устойчивостью, служит до 20 лет, устойчиво к длительному воздействию воды и противогололедных реагентов. Литые асфальтобетонные смеси популярны в Германии, где для их приготовления, транспортирования и укладки создано высокопроизводительное оборудование.
Литой асфальтобетон имеет минимальный уровень надежности 0,95, при условии модификации вяжущего вещества; щебнемастичный – 0,86. Значит, между данными типами асфальтобетона есть «промежуток» от 0,86 до 0,95. Его может занять разработанный в БНТУ «полулитой» высокоплотный асфальтобетон. Отличие этого материала от литого заключается в меньшем содержании битума и минерального порошка, а также в содержании стабилизирующих добавок. Это позволяет отказаться от применения специальных термосов-смесителей по доставке асфальтобетона на объект – основного недостатка литого асфальтобетона. У него, по сравнению со щебнемастичным, повышенная плотность, а также подвижность, что снижает затраты на уплотнение.
Одна из особенностей разработанного в БНТУ высокоплотного асфальтобетона – применение стабилизирующих добавок – способствует удержанию горячего маловязкого битума на поверхности зерен минерального материала во время предварительного хранения и транспортирования смесей, а также обеспечивает их стабильность при производстве работ. И для щебеночно-мастичного, и для высокоплотного асфальтобетона могут применяться стабилизирующие добавки, приготовленные на основе целлюлозных волокон. Специально выпускаемые для дорожного строительства стабилизирующие добавки на основе целлюлозных волокон имеют марки Viatop, Topcel, Technocel, Iterfibra, Arbocel, Antrocel и т.д. Применение данных добавок основано только на повышении технологической устойчивости асфальтобетонных смесей, но не позволяет повысить физико-механические характеристики асфальтобетона. Кроме того, означенные импортные добавки имеют высокую стоимость.
Поэтому разрабатывалась отечественная добавка, обеспечивающая улучшение не только стабильности смеси при транспортировке и укладке, но и повышение ее прочностных показателей, а также снижение ее стоимости. В лабораторных условиях создали и апробировали стабилизирующую и структурирующую гранулированную добавку для высокоплотной асфальтобетонной смеси, которая в своем составе содержит целлюлозное волокно, битум, химическое и/или органическое волокно и термостабилизатор.
Разработаны и применяются на практике технические условия ТУ BY 100019869.577-2008 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон повышенной деформационной устойчивости для конструктивных слоев дорожных одежд улиц г. Минска», куда данные высокоплотные асфальтобетоны вошли под именем АПДУ 1 марок I, II и III.
Осуществляется также комплексная переработка существующих составов, с целью продления срока службы покрытий в первую очередь городских улиц и дорог населенных пунктов. Доныне для устройства покрытий городских улиц, в том числе в Минске, использовали асфальтобетонные смеси, приготавливаемые согласно СТБ 1033. Практика показала, что данные асфальтобетонные смеси не обладают необходимой надежностью, что приводило к увеличению затрат на ремонт уже в первые годы эксплуатации покрытий. Так, покрытия на перекрестках и остановках общественного транспорта ремонтируются круглый год. Объемы ямочного ремонта достигали 30 процентов площади покрытий.
Причина проблем – СТБ 1033 ориентирован на загородные дороги. В то же время режимы эксплуатации городских улиц и загородных дорог отличны. Во-первых, температура покрытий городских улиц летом выше из-за препятствующей конвекции воздуха окружающей застройки. Во-вторых, водоотвод с покрытий городских улиц зимой практически не работает. Это приводит к постоянному воздействию на асфальтобетон воды и солей из песчано-соляных смесей против скольжения. В-третьих, скорость движения транспорта в городе намного ниже, что вызывает более высокий темп роста деформаций покрытия и летом, и зимой. Положение усугубляется значительным ростом интенсивности движения на городских улицах и нагрузок на них в последние годы.
Исследования, в том числе московские, показали, что для обеспечения надежной и долговечной работы дорожных покрытий городских улиц технические требования к материалам покрытий необходимо повысить по сравнению с загородными дорогами в 1,5-2,5 раза. Достичь таких показателей на существующих исходных материалах (битум, щебень, минеральный порошок) было невозможно. Значит, следовало выбрать путь повышения качества материалов для устройства дорожных покрытий. С тем чтобы продлить сроки их службы, уменьшить затраты на ремонт и повысить безопасность движения.
Необходимо было:
– разработать ТНПА, обеспечивающие повышение надежности асфальтобетонов для устройства улиц Минска;
– внести изменения в действующие ТНПА по проектированию дорожных одежд улиц населенных пунктов относительно расчетных нагрузок и методик расчета на прочность;
– разработать технологию и составы по модификации битумов и асфальтобетонных смесей.
Решение данных задач лежит в плоскости модификации структуры самого битума путем ввода различных полимерных добавок либо модификации асфальтобетонных смесей путем ввода модифицирующих, структурирующих и стабилизирующих добавок. Подрядные строительные организации используют оба подхода, так как в одних случаях лучше модифицированные битумы, в других – модифицированные добавками асфальтобетонные смеси. Кстати, такой подход соответствует мировой практике.
В результате комплексной работы удалось достичь требуемых показателей качества асфальтобетонных смесей и, следовательно, увеличить межремонтные сроки дорожных покрытий улиц Минска. Таким образом, все белорусские предприятия, выпускающие асфальтобетонные смеси повышенной деформационной устойчивости, теперь соответствуют по своему уровню передовым мировым производствам. Выпускаемые асфальтобетонные смеси не имеют аналогов в Беларуси и странах СНГ.
Первый опыт применения указанных асфальтобетонных смесей появился в 2006 году в Минске при капремонте улицы Янки Купалы на участке от проспекта Независимости до улицы Максима Богдановича. Несмотря на очень тяжелое движение транспорта и большие продольные уклоны участка, его трехлетняя эксплуатация показала отсутствие деформаций. В случае же применения асфальтобетонных смесей по СТБ 1033 данный участок потребовал бы скорого ремонта по крайней мере на остановках общественного транспорта. Что касается наибольшего объема работ с новыми асфальтобетонными смесями, то он относится к 2009 году. В целом, при соблюдении технологии устройства покрытия из асфальтобетонных смесей повышенной деформационной устойчивости удовлетворяют требованиям эксплуатации городских улиц.
Подготовил Дмитрий ЖУКОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 14 за 2010 год в рубрике мат. и тех.
