Данная работа посвящена обзору видов дорожных покрытий и технологий их приготовления с учетом мировой практики. Также предлагается анализ отечественный технологий и пути их модернизации.
Ключевые слова: асфальтобетон на вспененном битуме, повышение прочности и сдвигоустойчивости, экономический эффект.
Одним из критериев уровня развития стран является состояние дорожной сети. В настоящее время транспортно-эксплуатационные характеристики большинства отечественных автодорог отстают от мирового уровня. Поэтому существует необходимость создания дорожных покрытий повышенной долговечности.
Одним из самых дорогостоящих элементов автомобильной дороги является конструкция дорожной одежды. Она достигает от 40 % до 60 % стоимости всей автомобильной дороги. При повышении долговечности (срока службы) получим экономический эффект, в сторону уменьшения срока окупаемости (из-за допуска более грузоподъемных машин).
Известно, что асфальтобетон является искусственным материалом, состоящим из смеси зернистых минеральных наполнителей, объединенных в твердый монолит битумным вяжущим. Взаимодействие битума с поверхностью наполнителя является одним из главных факторов, определяющих свойства асфальтобетон [1].
Несмотря на то, что битума в асфальтобетон содержится мало (4–8 %), проблема изменения свойств асфальтобетон, в основном, решается путем модификации битума и регулирования его взаимодействия с минеральным наполнителем [2, 3]. Изучение деформационных свойств асфальтобетон позволило установить, что его трещиностойкость и теплостойкость зависят, в первую очередь, от свойств и содержания битума в материале.
На основании изложенного можно сделать вывод, что органическое связующее, каковым и является битум, определяет основные свойства асфальтобетон.
Главное направление в совершенствовании технологии приготовления асфальтобетонных смесей преследует своей целью улучшение адгезионных свойств, обеспечивающих прочное и устойчивое сцепление с поверхностью минеральных материалов различной природы и межслойного сцепления в условиях пониженных температур. Поэтому при разработке новых технологий и способов применения дорожных битумов для приготовления асфальтобетонных смесей вопросы их адгезии с поверхностью минеральных материалов должны занимать центральное место. При этом под адгезией понимается связь или взаимодействие (сцепление) между поверхностями двух разнородных контактирующих тел — битума и минерального материала.
Технология приготовления асфальтобетонных смесей на вспененном битуме.
Вспененный битум представляет собой пленочную дисперсную систему, образованную множеством пузырьков воздуха, разделенных тонкими пленками вяжущего. Вспенивание осуществляется путем введения в горячий битум водяного пара или воды. Такой битум имеет повышенную поверхностную активность, меньшую условную вязкость и большую удельную поверхность, что при прочих равных условиях обеспечивает уменьшение его расхода, снижение энергозатрат, повышение производительности асфальтобетонных заводов. Вспененный битум отличается от объемного тем, что весь он находится в пленочном состоянии и поверхность контакта его во много раз больше объемного битума.
Вспениванию битума в обычных условиях (т. е. по традиционной технологии приготовления асфальтобетонных смесей) способствует повышение температуры, введение пластификаторов, увеличение длительности перемешивания смеси, что ведет к повышению энергозатрат, снижению производительности и, в ряде случаев, ухудшению физико-механических характеристик получаемого материала.
В результате вспенивания происходит более равномерное и полное распределение битума по поверхности минеральных материалов, а так же обеспечивается обволакивание самой мелкой составляющей асфальтобетона — минерального порошка, что способствует повышению качества асфальтобетона.
Рис. 1. Распыляющее устройство
Рассмотрим метод приготовления смеси вспененного битумного вяжущего с минеральным заполнителем. Разжиженный битум непрерывным потоком при регулируемом давлении, превышающем атмосферное, поступает через штуцер (1) в корпус (2) распыляющего устройства (см.рис.1). Одновременно в распыляющее устройство через пробку (3) по трубопроводу (4) непрерывно подается пар при регулируемом давлении и объеме. Битум через отверстия в кольце (5) поступает в камеру наконечника (6), в которой при контакте с паром вспенивается. Вспененный битум разбрызгивается из отверстия наконечника (6), попадает на минеральный материал и перемешивается с ним механически при атмосферном давлении [4].
В течение 30 секунд происходит перемешивание минеральных материалов. Затем в смесь в течение 10 секунд добавляется битумная пена при температуре 150°С (битум подается к распылителю под давлением 0,14 мПа, а насыщенный пар — под давлением 0,35 мПа). Смесь дополнительно перемешивается. На приготовление одного замеса массой 135 кг необходимо 60–70 секунд.
Асфальтобетонные смеси на вспененных битумах готовят в асфальтосмесителях непрерывного или периодического действия, которые дополнительно оборудованы системами подачи воды (пара) и устройствами для вспенивания и распыления битума. В систему подачи воды (пара) входят линия подачи воды (пара) с регуляторами расхода и давления и форсунки специальной конструкции, в которых происходит смешение (контакт) битума с водой (паром). Для повышения качества битумных пен рекомендуется использовать водорастворимые поверхностно-активные вещества, вводимые в битум вместе с водой (паром). Транспортирование, укладка и уплотнение асфальтобетонных смесей на вспененных битумах производятся теми же средствами механизации, которые используются при работе с традиционными смесями.
В результате применения вспененных битумов при приготовлении асфальтобетонных смесей достигается значительный экономический эффект за счет сокращения расхода битума — экономия составляет в среднем 10 тонн на 1 км готового покрытия (или в пересчете на рубли — около 110000 руб.), а также повышение производительности смесительного оборудования на 25 %–30 % и снижения температуры нагрева смеси [5,6].
Процессы вспенивания битумов, технологии приготовления и применения в дорожном строительстве асфальтобетонных смесей, получаемых с использованием этих вяжущих, изучаются в таких странах, как Австралия, Германия, США, ЮАР, Новая Зеландия и многих других. В Австралии уложено более 3,2 млн квадратных метров дорожного покрытия из асфальтобетонной смеси на основе вспененных битумов.
Внедрения данной технологии на отечественные асфальтобетонные заводы не приведет к большим затратам. Это связанно с всего одного сегмента асфальтобетонного завода, а не полной перестройкой.
Применение вспененных битумов обеспечивает экономический эффект, дает возможность снизить трудозатраты, способствует решению вопросов охраны окружающей среды. Кроме того, отличительной особенностью данного вида дорожного покрытия является наличие хорошего сцепления с предварительно уложенными слоями и колесами транспортных средств. Данное обстоятельство ведет к снижению числа дорожно-транспортных происшествий за счет повышения сдвигоустойчивости слоев дорожного полотна, как при укладке, так и при эксплуатации.
Литература:
1. Смеси асфальтобетонные и аэродромные, дегтебетонные дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний. ГОСТ 12801–84. М.: МНТКС.
2. Колбановская А. С., Михайлов В. В. Дорожные битумы. М., 1973. 264 с.
3. ГОСТ 9128–97* Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. М., 2097.
4. Баринов Е. Н. Основы теории и технологии применения асфальтобетонов на вспененных битумах. Л.: ЛГУ, 1990. 175 с.
5. СП 78.13330.2012. Автомобильные дороги. М., 2012.
6. Нормативные показатели расхода материалов. Сборник 27. «Автомобильные дороги». Нормативные показатели расхода материалов.
