О компании

Продукция


Обзор современных мировых тенденций развития асфальтобетонов

Источник - журнал «Дороги России, № 1 (115), 2020»

Автор - Н.В. КРУПИН

Сегодня перед дорожной отраслью России поставлены важные и амбициозные задачи: довести сеть федеральных дорог до нормативного состояния, обеспечить высокое качество покрытия крупнейших региональных сетей, привести в порядок улично-дорожную сеть городских агломераций. Увеличение межремонтных интервалов и сроков капремонта предъявляет высокие требования к качеству асфальтобетонного покрытия, технологиям его проектирования, производства и укладки. В этом обзоре мы рассмотрим основные глобальные тенденции развития асфальтобетонной индустрии и новые технологии, которые показывают устойчивый рост применения асфальтобетона.

Основная тенденция дорожных покрытий в мире — асфальтобетон

Асфальтобетон на протяжении многих лет остается самым распространенным материалом для устройства дорожных покрытий в мире. Он действительно имеет неоспоримые преимущества по сравнению с другими материалами:

  • долгий срок службы;
  • способность выдерживать тяжелые нагрузки;
  • применяемость в разных климатических условиях;
  • относительно более дешевая стоимость строительства, содержания и ремонта;
  • лучшие показатели ровности и комфорта для водителей;
  • сниженные требования к устройству основания;
  • возможность повторного использования.

Улучшенные методы расчета конструкции

Технологии строительства асфальтобетонных покрытий за последние два десятилетия сильно изменились. Возможность управления качеством привела к пониманию, что контроль вариаций продукта улучшает продукт. Разработка и внедрение системы проектирования смесей по методу Superpave и подбора вяжущего по критериям PG предоставили отрасли более унифицированный и тщательный выбор материалов и подбор состава асфальтобетонной смеси.

Следующим изменением в технологии станет внедрение улучшенного метода проектирования конструкции покрытия. В частности, многие агентства внедряют или рассматривают возможность внедрения инструментов механистически-эмпирической системы по проектированию дорожных покрытий (MEPDG), в первую очередь, AASHTOWare Pavement ME Design для разработки и проверки проектов.

Как и с другими методами проектирования дорожного покрытия, пристальное внимание должно уделяться калибровке локальных переменных в программном обеспечении, чтобы требования к несущей способности дорожной конструкции не были завышены или занижены для местных условий эксплуатации. Существует несколько программ для проектирования — PaveXpress, PerRoad, PerRoadXpress и другие. Они позволяют рассчитать конструкцию дорожных одежд, достаточную для сопротивления различным нагрузкам.

Модернизация системы Superpave

В конце 1980-х стало ясно, что вместо эмпирических методов Хвима и Маршалла необходим новый метод проектирования состава асфальтобетонной смеси на фундаментальной научной основе. С этой целью с 1988 по 1993 год Федеральное правительство США профинансировало проведение Стратегической дорожной исследовательской программы, в которой приняли участие сотни исследователей из разных стран.

Полученные результаты содержат три основных элемента:

  • новую систему классификации вяжущих,
  • требования к каменным материалам,
  • метод проектирования состава асфальтобетонной смеси.

Система Superpave зарекомендовала себя во многих странах мира. Ее уже внедрили и в России под названием «система объемно-функционального проектирования», адаптировав под местные особенности.

Эта живая рабочая система, которая постоянно развивается, появляются дополнительные методики испытаний. В частности, ученые пытаются уйти от 4 % воздушных пустот и ищут альтернативные решения в виде систем Superpave 3 и Superpave 5, проектируя смеси с 3 и 5 % воздушных пустот для различных климатических условий. Совершенствуется и система подбора битумного вяжущего. Дополнительные параметры битумного вяжущего исследуются в рамках проекта Superpave Plus.

Щебеночно-мастичный асфальтобетон

Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) разработан в Германии в 1960-е годы. Он обеспечивал на дорогах с интенсивным движением прочный и устойчивый к колееобразованию слой износа с использованием заполнителя с прерывистым гранулометрическим составом и модифицированного битумного вяжущего. ЩМА разработан для улучшения устойчивости к колееобразованию и повышения долговечности за счет использования прочного скелета типа «камень-к-камню», связанного богатой смесью битумного вяжущего и стабилизирующих добавок, таких как целлюлоза и/или модификаторы битума.

ЩМА в основном используется для укладки на автомагистралях и взлетно-посадочных полосах, гоночных трассах и городских улицах. Он эффективно снижает уровень шума от дорожного движения. ЩМА обычно используется в верхнем слое и изредка в нижнем слое покрытий.

MEPDG (Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide) — руководство 2002 года по механистическо-эмпирическому проектированию новых и восстанавливаемых дорожных покрытий и сооружений. Цель руководства — выявление физических причин усталостных повреждений в конструкциях покрытий и их калибровка в соответствии с наблюдаемыми характеристиками покрытия. Два элемента определяют подход к проектированию дорожного покрытия: фокус на физических причинах — это механистическая часть, а определение взаимосвязей по наблюдаемым результатам — эмпирическая.

Механистически-эмпирический метод проектирования структуры дорожного покрытия предполагает испытательный срок. Программное обеспечение MEPDG вычисляет, как проектные данные соотнесутся с данными о дорожной и климатической нагрузках и оценивает уровень повреждений, которые покрытие будет выдерживать с течением времени с точки зрения повреждений дорожного покрытия и ухудшения качества езды.

PaveXpress — веб-инструмент для определения дизайна покрытия для дорожных покрытий и парковок. PaveXpress создает технически обоснованные решения дорожного покрытия для гибких и жестких дорожных покрытий на основе общепринятых отраслевых стандартов Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO). PaveXpress определяет необходимую толщину дорожного покрытия для участка дороги или проекта. Программное обеспечение только запрашивает у пользователей входные данные, необходимые для создания технически обоснованных конструкций тротуара, и предлагает приемлемые в отрасли значения по умолчанию, где это необходимо.

PerRoadXpress — программа оценивает «напряжения и деформации», которым подвергнется тротуар, что может привести к появлению трещин и предоставляет пользователю рекомендации по общей толщине асфальтового покрытия, необходимой для конкретной ситуации.

Дренирующий (пористый) асфальтобетон на дорогах с низкой интенсивностью

Дренирующие асфальтобетонные покрытия используются в основном для парковок и предлагают разработчикам и проектировщикам новый инструмент для управления ливневой водой. Подобные решения существуют с середины 1970-х годов, но повышенный интерес к ним вызвали новые нормативы, а также изменения климата и выпадение большого объема осадков в различных регионах.

Технология довольно проста: вода проходит сквозь асфальтобетон и щебеночное основание с прерывистым гранулометрическим составом в почву. Размер и глубина основания должны быть рассчитаны таким образом, чтобы уровень воды не поднимался до асфальтобетона. Толщина такого слоя щебня обычно составляет от 0,45 до 0,9 м.

Структура дренирующего асфальтобетона за счет открытой пористости обеспечивает быстрый отвод воды с поверхности дороги. В дождливую погоду увеличивается коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием, улучшается видимость, поскольку нет брызг и тумана, что особенно заметно на участках с многополосным движением.

Пористая структура дренирующего асфальтобетона снижает шум от контакта шины с покрытием, поэтому снижается шум в салонах автомобилей на 3–4 дБ и шумовое воздействие на окружающую среду.

Высокое содержание щебня (до 90 %) формирует жесткую структуру покрытия, устойчивую к колееобразованию.

«Вечные» асфальтобетонные покрытия

В «вечных» покрытиях используется несколько слоев прочного асфальтобетона для создания безопасной, ровной и долговечной дороги. Конструкция дорожного покрытия начинается с прочного, но гибкого верхнего слоя основания в 7,5–10 см, который противостоит растягивающим напряжениям, вызванным дорожным движением, и предотвращает образование трещин в нижней части дорожного покрытия. Прочный нижний слой покрытия толщиной 10–18 см завершает постоянную структурную часть. Верхний слой покрытия (4–7,5 см) из асфальтобетонной смеси, устойчивой к колееобразованию, дает поверхность, которая прослужит много лет до запланированного ремонта. «Вечные» покрытия имеют расчетный срок службы 35 лет.

Чтобы конструкция «вечного» покрытия была долговечной, важно обеспечить:

  • прочное однородное основание;
  • оптимальную плотность в асфальтобетонных смесях;
  • хорошую однородность асфальтобетона в ходе проектирования, производства и укладки асфальтобетонной смеси;
  • качественное сцепление между всеми слоями дорожного покрытия;
  • все процедуры контроля качества на протяжении строительства.

Применение омолаживающих агентов на поверхности асфальтобетонных покрытий

Под воздействием автомобильного транспорта и природно-климатических факторов при эксплуатации дорог структура органических вяжущих в верхнем слое асфальтобетонного покрытия интенсивно стареет и меняется, что приводит к шелушению, выкрашиванию, образованию сетки трещин. Профилактические работы и своевременное устранение образующихся дефектов замедляют дальнейшее разрушение покрытия автомобильной дороги. Разные по назначению омолаживающие агенты в виде пропиток снижают воздействие внешних факторов на дорожное покрытие и (или) изменяют свойства органического вяжущего. Среди представленных на рынке продуктов есть и отечественные, например «Дорсан».

Рост применения RAP в горячих и теплых асфальтобетонных смесях

RAP — это асфальтобетонная крошка, которая получается путем фрезерования поверхностных слоев асфальтобетонных дорожных покрытий, отслуживших свой срок, и переработки полученного вторичного материала. RAP, или асфальтобетонный гранулят, используется для производства новых асфальтобетонных смесей.

Преимущества RAP:

  • Повышение сопротивляемости покрытия пластическому колееобразованию из-за более жесткого состаренного битума в RAP. Сокращение величины колеи до трех раз. Повышение сопротивляемости покрытия усталостному трещинообразованию из-за меньших прогибов более жесткого покрытия с RAP. Увеличение количества циклов нагрузки до разрушения до пяти раз.
  • Значительное уменьшение стоимости асфальтобетона, особенно в регионах с большим плечом доставки щебня, песка и битумного вяжущего. При выпуске 100 тыс. т в сезон экономия может достигать 40 млн руб. при добавлении всего 20 % RAP.
  • Отсутствие необходимости утилизации отходов и сопутствующее улучшение экологической составляющей.
  • Сохранение невосстанавливаемых природных ресурсов.

Мировой опыт показывает, что применение RAP в производстве асфальтобетонных смесей — это оптимальный вариант утилизации использованного асфальтобетонного покрытия.

Объемы применения этой технологии в различных странах подтверждают, что с крошкой можно производить качественные смеси. В Японии производятся смеси с содержанием крошки 49 %, в США среднее содержание крошки — 20 %. В Европе лидеры в использовании RAP — Германия, Франция и Скандинавия, где содержание крошки около 15 %. В России хорошим показателем был бы выход на 10 %. Особенно это может быть эффективно для южных регионов, где есть проблемы с пластической деформацией покрытий. Чтобы успешно применять крошку при использовании 30–40 %, необходимо задумываться об использовании омолаживающих агентов, добавок, которые будут восстанавливать свойства битума. Такие добавки, помимо улучшения адгезии между битумом и инертными материалами, уменьшают жесткость регенерированного асфальта. Добавки могут вводиться как в смесительную камеру АБЗ, так и в рабочую емкость битумного вяжущего.

Развитие технологии производства теплых асфальтобетонов

Технология теплых асфальтобетонов позволяет производить, перевозить, укладывать и уплотнять смеси при более низких, по сравнению с традиционными, температурах.

Теплые асфальтобетоны используются при устройстве дорожных покрытий различного назначения и имеют преимущества.

  • Производство теплых смесей экономит как минимум 10–15 % топлива благодаря снижению температуры нагрева инертных материалов.
  • Смесь производится при температуре 115–135 °С. Так предотвращается испарение легких фракций нефти и окисление битума, свойства которого не ухудшаются в процессе производства асфальтобетонной смеси, продлевается срок службы асфальтобетонного покрытия.

Дешевле защищать асфальтобетонные покрытия от внешних воздействий, чем ремонтировать их

  • Если легкие фракции не уходят из битума, уменьшается загрязнение окружающей среды, снижаются выбросы CO2 и VOC, нет дыма и запаха, лучше условия труда на месте укладки и производства смеси.
  • Теплая смесь получается при помощи вспененного битума, который образовывает более толстую пленку вокруг каменных материалов, увеличивая качество обволакивания битумом каменного материала.
  • Более медленное остывание теплой смеси увеличивает плечо перевозки (на практике в два раза) и допускает укладку в холодное время, благодаря этому продлевается дорожный сезон.
  • Возможность производства качественных смесей с большим процентом асфальтобетонной крошки.
  • Лучшее уплотнение, следовательно, более долгий срок службы покрытия.
  • Смесь более удобоукладываемая, что облегчает укладку и уплотнение, особенно с ЩМА.

Контроль плотности асфальтобетонных покрытий для увеличения срока службы покрытий

Однородная плотность асфальтобетонного покрытия сильно влияет на срок службы. Эта характеристика может контролироваться на разных стадиях: при подборе состава смеси, во время производства асфальтобетона, в процессе его укладки и уплотнения.

Важный фактор на стадии производства — тип асфальтобетонного завода. В частности, асфальтобетонные заводы непрерывного типа действия обеспечивают лучшую однородность, чем циклические асфальтобетонные заводы.

На этапе укладки применение антисегрегационных перегружателей значительно повышает однородность смеси по температуре и фракционному составу, что соответственно влияет на высокую однородную плотность покрытия.

Технологии тонкослойных защитных покрытий

Практика показывает, что дешевле защищать асфальтобетонные покрытия от внешних воздействий, чем ремонтировать их. Существуют три основных технологии защиты:

  • защитно-восстанавливающие составы (ЗВС «БРИТ»);
  • холодные защитные слои («Чип Сил», «Сларри Сил», Микросюрфейсинг, ШПО и так далее);
  • горячие защитные слои («Новачип»).

Различные технологии используются в зависимости от типа защищаемого покрытия, существующих разрушений, климатических условий, интенсивности дорожного движения и других факторов.