В статье кратко рассматривается проблема повышения эффективности и качества дорожных покрытий, а так же актуальность проблемы обеспечения высоких эксплуатационных характеристик покрытия, которая подтолкнула учёных к разработке и внедрению современных композиционных материалов при строительстве верхних слоёв покрытия автомобильных дорог.
Ключевые слова: щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, щебеночно-мастичный асфальтобетон, стабилизирующая добавка
Верхний слой покрытия является самостоятельным и важнейшим конструктивным элементом дороги. Он должен обеспечивать повышенный уровень безопасности, устойчивости и комфортности движения, требуемую скорость, простоту содержания и сохранность дорожных покрытий.
В настоящее время применение щебеночно-мастичного асфальтобетона является самым прогрессивным методом восстановления асфальтобетонного покрытия.
ЩМА используется в качестве верхнего дорожного покрытия в аэропортах, на мостах и в речных портах в таких странах, как США, ЮАР, Китай, Норвегия, Финляндия, Швеция, Франция, Германия и множестве других
Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) — это горячая асфальтобетонная смесь, состоящая из щебеночного каркаса, в котором все пустоты между крупным щебнем заполнены смесью битума с дробленым песком и минеральным порошком [1].
В структурном отношении щебеночно-мастичный асфальтобетон отличается от других типов смесей на столько, что его относят к самостоятельной группе дорожно-строительных материалов.
Основное отличие ЩМА от обычных асфальтобетонов заключается в его жесткой каркасной структуре в слое покрытия. Такая структура обеспечивает передачу нагрузки с поверхности в нижележащие слои через непосредственно контактирующие друг с другом отдельные крупные частицы каменного материала. Тем самым достигается существенное снижение деформаций слоя покрытия. В ЩМА основную структуру составляет фракционированный щебень (70–80 % по массе) с улучшенной (кубовидной) формой зерен, а мелкий служит только для образования мастики, заполняющей межкаменное пространство в щебеночном каркасе. Кроме того, высокое содержание крупной фракции каменного материала в ЩМА позволяет получить шероховатую поверхность покрытия, что обеспечивает требуемые значения коэффициента сцепления колеса с покрытием.
Сдвигоустойчивость покрытия из ЩМА, характеризующая сопротивление колееобразованию, обеспечивается требуемым значением коэффициента внутреннего трения. Поэтому в песчаной части смеси используется только песок из отсевов дробления горных пород, так как природный песок снижает коэффициент внутреннего трения.
Еще одной особенностью ЩМА является повышенное содержание битума (5,5….7,5 %). Большое количество вяжущего препятствует проникновению влаги внутрь слоя, повышает трещиностойкость, водоморозостойкость и увеличивает срок эксплуатации покрытия.
Однако повышенное содержание битумного вяжущего в смеси нужно стабилизировать, то есть предотвратить его отслоение и стекание с поверхности зерен щебня при высоких технологических температурах приготовления, хранения, транспортирования и укладки. Данная проблема легко решается введением в смесь стабилизирующей добавки. Основная цель применения стабилизирующих добавок заключается в повышении толщины битумных пленок, обеспечивающих присутствие свободного битума и однородности ЩМАС, например целлюлозного волокна.
Так же спецификой смеси ЩМА является, в частности, более высокая, по сравнению с обычными асфальтобетонными смесями, температура приготовления. Это связано с температурной чувствительностью смеси и с тем, что ЩМА укладывается в основном тонкими слоями, склонными к быстрому охлаждению.
Щебеночно-мастичный асфальт положительно зарекомендовал себя во всем мире во всех климатических зонах в течение более 25 лет как долговечный износостойкий вариант асфальтового покровного слоя на дорогах с интенсивным движением.
В данной статье рассматривается вопрос использования ЩМА на федеральной автомобильной дороге «А-322 Барнаул — Рубцовск» в Алтайском крае. Автомобильная дорога идёт изБарнаулав юго-западном направлении вдоль левого берега рекиАлейдо границы сКазахстаномв 40 км к югу отРубцовска.
Климат Алтайского края имеет ярко выраженные черты континентальности: здесь холодная, длительная, снежная зима и короткое, теплое, иногда жаркое лето.
Наибольшее количество осадков выпадает в Красногорском, Алтайском и Солонешенском районах, наименьшее — в Угловском и Рубцовском (западная часть) районах. Для северной части типично недостаточное увлажнение, теплое лето и умеренно суровая малоснежная зима. Южная (горная) часть достаточно увлажнена, лето умеренно теплое, зима умеренно суровая, снежная.
Рубцовский район, через который и проходит автомобильная дорога отличается равнинной местностью, по правую сторону реки расположены низменные и заливные луга. Так же в Рубцовском районе добываютсяпесок,гравий,щебень,полиметаллические руды, что очень благоприятно сказывается при использовании в строительстве щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей.
Данная автомобильная дорога является федеральной трассой, следовательно интенсивность движения транспорта, включая большегрузные автомобили, очень высока. Результатом этого является возникновение колейности, истирание дорожного покрытия, появление сетки трещин, шероховатость покрытия уменьшается.
Применение ЩМА значительно улучшает транспортно-эксплуатационные показатели данной автомобильной дороги.
Конструкция дорожной одежды при капитальном ремонте представлена на рисунке 1.
Рис. 1.
Щебеночно-мастичные асфальтобетоны обладают:
− высокой устойчивостью к переменным деформациям;
− высокой устойчивостью к разрушениям под воздействием транспортного движения и климатических условий;
− великолепными эксплуатационными характеристиками (коэффициент сцепления, отсутствие неровностей и т. п.);
− при определенных условиях ЩМА уменьшает шум от движения транспорта по сравнению с альтернативными материалами.
Известно, что стоимость щебеночно-мастичных смесей больше, чем стоимость традиционных асфальтобетонных смесей на 30-35 %, но в покрытии используется слой ЩМА на 35-40 % меньше, что обеспечивает снижение расхода смеси. Поэтому стоимости сравниваемых покрытий практически равны. Кроме того при должном качестве строительства, применение ЩМА обеспечивает снижение затрат на содержание и ремонт дорожных покрытий в 2...4 раза, повышение их долговечности в 2-3 раза [4].
Производство ЩМА ведется на стандартном оборудовании для получения горячих асфальто-бетонных смесей, но тем не менее производство и укладка имеют свои специфические особенности.
Нами на кафедре строительства и эксплуатации дорог СибАДИ совместно с лабораторией ОАО «Стройсервис» были выполнены работы по подбору состава смеси ЩМА-15.
Данные по подбору состава приведены в таблице 1 и представлены на рисунке 2.
Таблица 1
На основании подбора состава установлено процентное соотношение между компонентами щебеночно-мастичной смеси, при этом, количество щебня составило — 70 %, песка из отсевов дробления – 18 %, а минерального порошка — 12 %.
Рис. 2.
Дозировка битума марки ПБВ 90 составляет 6,3 %, и стабилизирующей добавки, марки WetfixBE составляет 0,2 %.
Показатели физико-механических свойств данной смеси, приведены в таблице 2
Таблица 2
Физико-механические показатели щебеночно-мастичного асфальтобетона
Потребность материала для приготовления 1 тонны смеси, кг. представлена на рисунке 3
Рис. 3. Примечание:1-щебень,2-песок из отсевов дробления
Количество материалов по фракциям на 1 замес представлена на рисунке 4
Рис. 4. Примечание: Величина замеса составляет 1000 кг
На основе выполненных исследований, подобран состав ЩМА-15 который рекомендуется при строительстве верхнего слоя покрытия на федеральной автомобильной дороге «А-322 Барнаул — Рубцовск» в Алтайском крае.
Литература:
1. ГОСТ 31015–2002.Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. Технические условия.
- СНиП 3.06.03–85.Автомобильные дороги.
- ГОСТ 12801–98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний.
- Щебеночно-мастичный асфальтобетон для дорожных покрытий. Учебное пособие. Костин В. И.
