25.10.12 22:33

Начальник испытательной лаборатории

ОАО «Тоннельный отряд №44», к.т.н. Дьяков К.А.

Заместитель начальника испытательной лаборатории

ОАО «Тоннельный отряд №44», к.т.н. Черсков Р.М.

РЕЗИНИРОВАННЫЕ ПОРИСТЫЕ И ВЫСОКОПОРИСТЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ СМЕСИ ДЛЯ НИЖНИХ СЛОЕВ ПОКРЫТИЙ И ОСНОВАНИЙ АВТОДОРОГ

Уделяя особое внимание верхним слоям покрытий дорожных одежд, регламентируя использование в них высокопрочного щебня, различных полимерных добавок и т.д., у нас как-то совсем забывают о нижележащих слоях и все деформации и разрушения, которые, конечно же, возникают на поверхности, связывают с низким качеством именно этого верхнего слоя. И, как все давно заметили, большинство ремонтных мероприятий заключается в замене верхнего слоя покрытия, который благополучно служит какое-то непродолжительное время, после чего его снова меняют и цикл снова повторяется. Но может быть стоит заглянуть глубже и уже на этапе проектирования закладывать в нижние слои более устойчивые материалы, что отразится в увеличении первоначальных затрат, но снизит затраты на ремонт и содержание, и в конечном итоге позволит сэкономить средства на строительство новых дорог.


В нашей стране верхние слои оснований и нижние слои покрытий принято устраивать из крупнозернистых пористых (или высокопористых) асфальтобетонных смесей. При этом, требования ГОСТ 9128 к механическим свойствам этих смесей минимальны или вообще отсутствуют (для крупнозернистых смесей), что допускает применение в этих слоях материалов с низкой устойчивостью к накоплению остаточных деформаций и образованию трещин.

В то же время общеизвестно, что при обеспечении совместной работы пакета связных слоев дорожной одежды нижний слой из этого пакета воспринимает максимальные растягивающие напряжения. А кроме того, в случае использования в основании слоя из материала на основе неорганического вяжущего (ЩПЦС, «тощий» бетон и т.д.), для которого естественно образование температурных трещин, лежащий над ним асфальтобетонный слой должен иметь достаточную трещиностойкость, чтобы воспрепятствовать прорастанию температурных трещин в верхние слои покрытий.

С другой стороны, исходя из теории Буссинеска, максимальные тангенциальные напряжения от колесной нагрузки тяжелых грузовых автомобилей возникают на глубине 12-14 см (что отмечается во всех немецких учебниках по дорожному строительству и отражается в их нормативных документах в виде повышенных требований к материалу связующего слоя (у нас это нижний слой покрытия)) и, таким образом, область максимальных сдвигающих напряжений приходится как раз на нижние слои покрытий. Об этом говорит и проведенное в США масштабное исследование (R. Brown, A. Cross A national study of rutting in hot mix asphalt (HMA) pavements/NCAT Report 92-05, February 1992), в котором по результатам обследования поперечных срезов подверженных колееобразованию покрытий, говорится, что область максимального накопления остаточных деформаций распространяется на глубину 3-4 дюйма (8-11 см), т.е затрагивает нижние слои покрытий. Таким образом, проблемы с пластическим колееобразованием в нашей стране в первую очередь могут быть связаны с асфальтобетоном нижних слоев.

Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что нормы по проектированию, которые эффективно применялись десятки лет назад, уже не могут обеспечить надежность конструкции дорожной одежды в современных условиях эксплуатации. Используемый в настоящее время расчет дорожных одежд по упругому прогибу не касается устойчивости асфальтобетонных слоев к накоплению остаточных деформаций и образованию отраженных, температурных или усталостных трещин, что, в большинстве случаев и является основной причиной существенного снижения межремонтных сроков наших дорог. Таким образом, современные осевые нагрузки и интенсивности движения выдвигают новые требования к материалу нижних слоев дорожных одежд и к самой методике расчета всей дорожной конструкции.

Понимая, что нельзя недооценивать роль нижних асфальтобетонных слоев в обеспечении надежности дорожных конструкций, дорожные агентства западных стран предъявляют повышенные требования к проектированию составов нижних асфальтобетонных слоев, в том числе регламентируя применение в них полимерно-битумных вяжущих (TL Asphalt-StB 07 Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen.). У нас же наоборот, стараются использовать в нижних слоях менее качественные материалы, не говоря уже об использовании полимерно-модифицированных битумов. А что касается грансоставов, то здесь согласно ГОСТ 9128 для пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей заданы настолько широкие границы, что две смеси, соответствующие регламентируемым пределам, могут вести себя совершенно по-разному в условиях эксплуатации. В итоге, проектировщик закладывает в нижние слои материалы, поведение которых «не предсказуемо» и может отличаться не только на разных объектах, но и на разных участках одного объекта.

Решением данной проблемы могло бы стать введение требований к механическим характеристикам пористых и высокопористых смесей и более строгий подход к их гранулометрическому составу. Причем, требования к физико-механическим характеристикам этих смесей не должны уступать требованиям к плотным смесям, что может быть достигнуто только за счет применения более качественных минеральных материалов и модифицированных битумных вяжущих. Однако, применение в асфальтобетонах нижних слоев полимерно-битумных вяжущих приведет к их значительному удорожанию, поэтому одной из главных задач является поиск доступных полимерных модификаторов (желательно использование полимерных отходов и вторичного полимерного сырья), которые привели бы к удорожанию не более чем на 5-10%.

На постсоветстком пространстве первые шаги в этом направлении уже сделаны в республике Беларусь, где в лаборатории Государственного предприятия «БелдорНИИ» были проведены исследования по влиянию различных полимерных добавок (резиновой крошки и «tecRoad»)  на физико-механические характеристики пористых асфальтобетонов, подобранных с учетом требований, предъявляемых к зерновым составам плотных асфальтобетонов типа А. Результаты показали, что резиновая крошка позволяет существенно повысить трещиностойкость, а многокомпонентная добавка «tecRoad» - сдвигоустойчивость асфальтобетонных смесей, причем показатели модифицированных асфальтобетонов соответствовали требованиям к плотным смесям.

Решение данной проблемы найдено и у нас. На основании уже имеющегося зарубежного и отечественного опыта, авторами были разработаны резинированные пористые и высокопористые асфальтобетонные смеси, связующим веществом в которых служит полимерно-резино-битумное вяжущее, в котором полиолефиновый полимер служит упрочняющим компонентом, а частицы резиновой крошки – центрами эластичности, препятствующими росту трещины за счет релаксации напряжений (Р.М. Черсков, К.А. Дьяков, Е.В. Зинченко Технология получения высокопрочных резинированных асфальтобетонов // Строительные материалы. 2011. №10. С.14-18). Причем все используемые здесь добавки получают путем переработки отходов – изношенных шин и бывшей в употреблении стрейч-пленки, что позволяет снизить удорожание смесей до 5-7% и эффективно утилизировать постоянно растущие крупнотоннажные отходы.

Проведенные исследования показали, что разработанные резинированные пористые и высокопористые асфальтобетоны существенно превосходят по прочностным показателям обычные пористые и высокопористые асфальтобетоны и даже не уступают плотным асфальтобетонам (таблица 1). Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые до 200 0С минеральные материалы (щебень и песок) вводились гранулы вторичного полиэтилена. Смесь перемешивалась в лабораторной мешалке в течение 1 минуты. Затем в нее подавались битум, нагретый до температуры 150 0С, и резиновая крошка, и смесь дополнительно перемешивалась в течение 2 минут. После этого из нее готовились стандартные цилиндрические образцы диаметром 101,0 мм. Уплотнение образцов производилось по ГОСТ 12801-98.

Таким образом, за счет комплексного подхода к модифицированию и использования вторичного сырья найдено эффективное решение по увеличению межремонтных сроков дорожных одежд за счет повышения надежности нижних асфальтобетонных слоев. Хотя этот решение требует масштабных производственных проверок, уже сейчас есть все основания говорить, что оно может коренным образом изменить ситуацию с долговечностью и состоянием российских дорог.


Таблица 1

Физико-механические характеристики составов