Прогрессивные материалы и технологии дорожных работ в США

Данные анализа Бюро общественных автодорог США показывают, что средний срок службы асфальтобетонного покрытия составляет 16,8 лет, а цементобетонного - 25,5 лет. Однако срок службы многих покрытий значительно меньше, в связи с чем остро встали проблемы, связанные с выяснением причин разрушения асфальтобетонных покрытий и разработкой соответствующих мер.

Федеральная дорожная администрация США (FHWA) приступила к крупным исследованиям по созданию заменителя битума на основе пластифицированной серы, получившего название "Sulphlex". При создании этого вяжущего была поставлена задача сохранения свойств пластичности в течение длительного времени. Вяжущее получают в результате реакции серы в количестве 70% от массы вяжущего и смеси трех пластификаторов нефтяного происхождения. Смесь пластификаторов вводят в реактор, где находится расплавленная сера при температуре 150°С. Перемешивание длится 2 часа. Глубина проникания иглы больше, чем у битума, но через 30 дней (после кристаллизации не вступившей в реакцию серы) она уменьшается на 90%.

Для приготовления вяжущего используют 9% Sulphlex от массы смеси.

Характеристики асфальтобетонного покрытия значительно улучшаются за счет использования модификаторов, которые увеличивают прочность при высокой температуре и уменьшают ее при низкой, а также улучшают сцепление с каменным материалом.

В качестве модификатора используют минеральные заполнители, каучук, пластики (полиэтилен, полипропилен, этиленвинилацетат, поливинилхлорид), волокнистые материалы (асбест, минеральную вату, полиэфир), окислители (минеральные соли), отработанные масла.

В США применяют две технологии получения вяжущего с добавкой резиновой крошки. По первой технологии используется резиновая крошка переработанных шин, содержащая большое количество синтетического каучука, по второй - крошка из натурального каучука. Перемешивание битума с крошкой по второй технологии производится при температуре 200-230°С, при этом часть каучука растворяется в вяжущем.

Появление резинобетона сопровождалось разработкой новых конструкций машин для дробления резины, смешивания ее с битумом, укладки в покрытие или изолирующие слои. Резинобетон, обладающий высокой упругостью и повышенным сроком службы, используется для строительства новых дорожных одежд, ремонта изношенных асфальтобетонных покрытий, заделки трещин и швов в покрытиях, в том числе и цементобетонных, а также для гидроизоляции настилов стальных пролетных строений мостов.

Несмотря на то что опыт использования резиновой крошки невелик, специалисты Федеральной дорожной администрации США считают, что эти разработки очень важны для устройства поверхностной обработки большой толщины, для строительства тонких слоев, предупреждающих появление трещин на новом покрытии, а также для строительства покрытий дорог с повышенной шумопоглощающей способностью и заделки трещин в покрытиях.

В США все шире применяются как цементобетонные, так и асфальтобетонные дренирующие покрытия, которые позволяют полностью или частично удалять воду, уменьшая толщину водной пленки на покрытии и повышая безопасность движения. Эти покрытия имеют следующие преимущества: водопроницаемость, дренажную способность, уменьшение водяного тумана за движущимися транспортными средствами, а также снижение шума при их движении.

Дренирующий слой асфальтобетонного покрытия, содержащий 4-7% битума, толщиной 2-4 см укладывают, как правило, на водонепроницаемое асфальтобетонное покрытие. С течением времени водопроницаемость его снижается. Дренирующие покрытия, построенные с добавкой извести, значительно дольше сохраняют высокую дренирующую способность. В зимний период такие покрытия требуют повышенного расхода противогололедных солей.

Цементобетонные пористые покрытия применяются на автостоянках и в других местах. В таких покрытиях может удерживаться слой воды толщиной до 2,5 см, которая позже либо испаряется, либо уходит в подстилающий грунт, если пористый бетон использован по всей толщине дорожной одежды.

Ведутся работы по созданию нового оборудования для приготовления асфальтобетонных смесей без нагрева материала открытым пламенем. Необходимую температуру создает нагретая до 315°С специальная жидкость, которая подается в полую ось горизонтального лопастного смесителя. Образующийся в смесителе пар направляется в бункер с каменным материалом, снижая его влажность до 4%. Этот метод сокращает расход топлива на 30%, устраняет загрязнение окружающей среды.

В более чем 40 штатах применяются технологии, предусматривающие регенерацию старого асфальтобетона непосредственно на месте проведения ремонтных работ с добавлением или без добавления новой асфальтобетонной смеси или его снятие (холодным и горячим фрезерованием или разломом) с последующей переработкой на асфальтобетонном заводе в специальных установках, как правило, с добавлением каменных материалов и битума, а также выравнивание при нагреве с добавлением новой смеси.

Для выполнения работ по регенерации асфальтобетона имеется большое количество специальных машин и оборудования. Холодные и горячие фрезы, машины для регенерации способом выравнивания при нагреве, барабанные разогреватели старого асфальтобетона для стационарных или передвижных асфальтобетонных заводов.

Специалисты США предполагают, что в ближайшее время регенерированный на асфальтобетонных заводах старый асфальтобетон составит 10% от производства всей асфальтобетонной смеси в стране. Ряд специалистов-дорожников считает, что самым перспективным является холодный способ регенерации на месте и только технологические трудности вынуждают регенерировать старый бетон на асфальтобетонном заводе, что ведет к удорожанию ремонтных работ. При регенерации используют различные добавки, возвращающие битуму утраченные в процессе эксплуатации свойства. Например, состав Reclamit, являющийся водным раствором бензиновых мальтенов, который применяется для пропитки состарившегося в процессе эксплуатации асфальтобетона в целях восстановления его свойств, а также в качестве добавки при холодной или горячей регенерации, придающей ему упругость и эластичность. Применение такого состава высоко эффективно. Так, затраты на восстановление дорожной одежды методом горячей регенерации снижаются на 54%.

К числу перспективных методов относится регенерация асфальтобетонных покрытий способом микроволнового нагрева, который вначале был применен для текущего ремонта, заделки трещин, устранения колеи. В настоящее время разработана новая конструкция машины, позволяющая нагревать асфальтобетон до температуры 66-82°С на глубину 7,6-18 см без поверхностного нагрева.

Исследования применения цементобетона по программе SHRP направлены главным образом на решение двух задач: изучение гидратации цемента, а также свойств и характеристик бетона и совершенствование неразрушающих методов испытаний, измерений и контроля.

В течение длительного времени в США особенность строительства автомобильных дорог с цементобетонным покрытием заключалась в том, что нижние слои оснований даже на дорогах с высокой интенсивностью движения строили из неукрепленных материалов, отсутствовала дренажная система, для укладки использовали плиты большой длины. Поэтому при восстановлении изношенных дорожных покрытий широко применяется способ нагнетания под плиту цементного раствора через 3-4 пробуренные отверстия.

Бетонные слои усиления устраивают из неармированного, непрерывно армированного, армированного стальной сеткой или проволокой (сталефибробетон) и предварительно напряженного бетона.

При усилении старых бетонных покрытий бетонные слои усиления толщиной 5-8 см укладывают на промежуточный слой, состоящий из 50% песка и 50% цемента, а слои усиления толщиной 8-15 см укладывают непосредственно на старое покрытие. При реконструкции дорог с высокой интенсивностью движения между слоями усиления толщиной 15-20 см и старым бетонным покрытием укладывают разделительный асфальтобетонный слой толщиной 2,5-4 см.

Для дробления цементобетонных покрытий разработана самоходная машина массой 50 т, оборудованная стрелой с длиной вылета 3,6 м. Нож стрелы дробит покрытие, не передавая вибрацию нижележащим конструктивным слоям дорожной одежды. Для этих целей существует и другое оборудование. Внедряется технология уплотнения катками жестких бетонных смесей. Распределение смеси и отделку поверхности покрытия дороги ведут автогрейдерами.

В США построена дорога с полимерным покрытием толщиной 2 см из полиэфирстирола, предназначенным для защиты цементобетонных покрытий от воздействия соли, цепей автомобилей, а также температурных колебаний со сроком службы не менее 10 лет. При приготовлении смеси используют катализатор, песок и наполнитель. При температуре 27°С смесь твердеет за 25 минут. Стоимость покрытия составляет в среднем 155 тысяч долларов (стоимость 1 км дорог из тонкого бетонного покрытия с эпоксидным компаундом - 140 тысяч долларов).

Помимо большого количества разнообразных геотекстильных материалов, в последние годы для укрепления грунтов земляного полотна и основания дорожных одежд применяют геотекстильные решетки, которые изготавливают при помощи штампования утолщенного полимерного листа, пробивки в нем отверстий и растяжения до получения решеток с отверстиями требуемой формы (вытянутой - при растяжении в одном направлении и близкой к прямоугольной - при растяжении в двух направлениях). Решетки Tensar Geogrid растягиваются при предельной нагрузке на 2-4% в отличие от геотекстильных материалов, у которых при тех же условиях растяжение составляет 10% (тканые материалы) и 30% (нетканые материалы). Решетки могут применяться как самостоятельно, так и в сочетании с геотекстильными материалами.

Новейшим методом устройства дренажа является применение ленточных и трубчатых дрен, представляющих собой пластмассовый сердечник с прорезями и оболочкой из пористого геотекстиля. Широко применяются водопропускные трубы круглого сечения и арочные трубы из гофрированной стали с обмазкой битумом внутренней поверхности в зоне протекания водного потока.

Средний срок службы мостов в США оценивается специалистами в 50 лет. Одной из главных причин снижения сроков службы мостов является коррозия металла, вызванная применением солей при борьбе с гололедом на проезжей части мостов.

Считается, что теоретический срок службы мостового полотна до капитального ремонта должен составлять 40 лет, однако в результате применения солей этот срок сокращается до 5-10 лет. Для защиты бетонных конструкций проезжей части мостов от влаги и хлоридов используется силан, содержащий алкитриалкиксилан. Силан не блокирует поры бетона. Он вступает в химическую реакцию, и по стенкам пор образуется гидрофобный слой, не пропускающий воду сверху и способствующий ее испарению. Силан смешивают со спиртовым носителем, обеспечивающим проникание материала на соответствующую глубину (от 0,35 до 1,25 см) и наносят за один прием распыления.

Во многих штатах применяется также состав Flexogrid (на основе эпоксидной смолы и уретана) для создания на покрытиях мостов тонкого эластичного поверхностного слоя толщиной 0,6-1,3 см, за счет чего предупреждается проникание ионов хлорида и продлевается срок службы.

Для глубокого исследования методом электромагнитного профилирования используется прибор GPR, позволяющий обнаружить пустоты под дорожной одеждой, их глубину и границы в горизонтальной плоскости. Импульсы от генератора цементного тока передаются с помощью антенны, которая затем принимает непрерывный поток отраженных сигналов, регистрируемый самописцем, и хранятся на магнитной ленте. Прибор может быть использован для выявления нарушений оцепления между слоями дорожной одежды.

В связи с ростом цен на материалы и топливо в США возникла необходимость поиска менее дорогостоящих материалов и дешевых технологий, к которым относятся:

- вспененный битум, получаемый путем введения в поток горячего битума определенного количества холодной воды. Преимуществом таких смесей является их низкая себестоимость за счет использования дешевого каменного материала и возможности хранения смесей в штабелях. Распределение смесей осуществляют грейдером или асфальтоукладчиком. Движение может быть открыто сразу же после уплотнения слоя асфальтобетонной смеси на основе вспененного битума;

- "стеклянный асфальт" - асфальтобетонная смесь с добавкой битого стекла. В целях обеспечения сцепления стекла с битумом вводится добавка Са(ОН) 2, которая снижает повреждения таких покрытий, возникающие при воздействии воды;

- отходы производства полипропилена для армирования асфальтобетонной и цементобетонной смеси. Введение отрезков полипропиленового волокна в количестве 2,4 кг на 1 т холодной асфальтобетонной смеси повышает ее связность и адгезию к ремонтируемой поверхности. Формирование материала происходит под колесами транспортных средств. Добавление 840 г волокна на 1 м 3 бетона препятствует возникновению микротрещин, повышает прочность покрытия и позволяет увеличить расстояние между швами сжатия;

- отработанный буровой раствор - в качестве противогололедного реагента в различных погодных условиях на дорогах с покрытиями разных типов, распределяемый под давлением или методом свободного истечения с использованием передвижной установки;

- измельченный уголь для замены нефтяного топлива. На многих асфальтобетонных заводах установлены сушильные барабаны с горелками, работающие на измельченном угле. Замена нефтяного топлива углем позволяет экономить 1,2 доллара на 1 т асфальтобетонной смеси;

- изношенные автомобильные шины - для устройства подпорных стенок. В этих целях одна из боковых поверхностей шин срезается, шины укладываются послойно, каждый уложенный ряд засыпается грунтом и уплотняется. Для повышения прочности подпорной стенки шины скрепляют между собой и с анкерной шиной полиэфирными волокнами, заключенными в оболочку из полиэтилена. Старые автомобильные шины, заполненные песком, укладывают на основание из проволочной сетки, скрепляют между собой и используют в качестве ограждений на автомобильных дорогах.

В качестве амортизирующих элементов в ограждениях также используются пустые или заполненные водой бочки или баки из-под нефтепродуктов.

Евгений МАРГАЙЛИК


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 24 за 1998 год в рубрике техника

©1995-2024 Строительство и недвижимость