Эффективные дорожно-строительные материалы и технологии стран Запада

Устройство гидроизоляции на искусственных сооружениях осуществляют, как правило, вручную, что делает эту работу зависимой от погодных условий и удлиняет сроки ее выполнения. Фирма "Jean Lefebvre" (Франция) предложила новый запатентованный тип гидроизоляции марки Etanplast, основная особенность которой состоит в полностью механизированной укладке.






Речь идет о многослойной конструкции, включающей снизу доверху: связующий слой, укладываемый на бетонное основание на базе битумной эмульсии марки Phosphoseal, не содержащей ионы хлора, что устраняет риск возникновения коррозии стальной арматуры; слой высокой плотности микроасфальтобетона толщиной 2-3 см с большим содержанием минерального порошка и битума, модифицированного полимером марки Mobilplast ENA, который укладывают с использованием асфальтобетоноукладчика и дорожного катка; толстый слой вяжущего Mobiplast на основе полимеров из расчета 2,2-2,5 кг/м 2.

После укладки этот слой обрабатывают кусочками шифера, чтобы сделать возможным движение транспорта и ограничить выступание вяжущего при устройстве слоя износа.

На описанную конструкцию укладывают слой износа, обычно состоящий из асфальтобетона с высокими техническими характеристиками марки Tapiplast, также включающего вяжущее Mobilplast.

Следует отметить, что перед устройством гидроизоляции на старом сооружении (мосту, путепроводе, виадуке, многоуровневой развязке дорог) разрушают покрытие и тщательно очищают бетонное основание самыми эффективными средствами (дорожным стругом, струей воды под высоким давлением, дробеструйной обработкой).

Новая конструкция гидроизоляции обладает многочисленными преимуществами.

Например, механизированная укладка обеспечивает высокую скорость и качество работ; наличие в конструкции слоя микроасфальтобетона позволяет укладывать его на любую бетонную поверхность плиты проезжей части, что дает экономию времени и стоимости. А относительно небольшая толщина конструкции "гидроизоляция+слой износа" облегчает последующее техническое содержание (возможно устройство очень тонкого слоя из асфальтобетона).

Благодаря вышеуказанным преимуществам новый тип гидроизоляции нашел широкое применение: в настоящее время на 36 искусственных сооружениях фирмы "Jean Lefebvre" уложено 134 тыс. м 2 гидроизоляции Etanplast. Для устройства гидроизоляции и слоя износа на площади 2 тыс. м 2 требуется не более 1 дня.

Технология и оборудование фирмы "Screg Routers" для уменьшения трещинообразования верхних слоев дорожных одежд

Фирма "Screg Routers" разработала и запатентовала новую технологию Filaflex для уменьшения трещнообразования дорожных конструкций.

Она заключается в укладке слоя высококачественного вяжущего па базе битума и эластомера в количестве 1-1,5 кг/м 2, который в момент укладки покрывают синтетическими нитями.

Переплетаясь, они служат арматурой. Количество нитей зависит от требуемого напряжения и может меняться от 50 до 200 г/м 2. После этого осуществляют легкую поверхностную обработку этого слоя втапливанием щебеночной мелочи, чтобы сделать возможным движение транспорта, и устраивают очень тонкий слой износа, как правило, из смеси битума с добавками волокон.

Для устройства данной конструкции потребовалось разработать новое оборудование. Первоначально использовали опытный образец машины, распределяющей нити на ширину 1 м и позволяющей ежедневно обрабатывать около 3 тыс. м 2 поверхности. Затем эту машину заменили новой высокопроизводительной моделью с шириной захвата 1,5-3 м. .

Скорость передвижения такой машины составляет 1,5-3 км/ч, а производительность - от 25 до 30 тыс. м 2/ч.

Эта машина с распределителем вяжущего монтируется на прицепе длиной 6,5 м с двумя направляющими осями, где размещены источник энергии для вспомогательного компрессора и элементы гидросистемы, два самостоятельных агрегата, включающих каждый ось с валиком, систему рычагов для приведения валика в действие и семь сопел.

Для выбора оптимального варианта конструкции Filaflex предварительно провели исследования в лабораторных условиях, при этом использовали специальное устройство, позволяющее при определенной температуре (5°С) определить время, необходимое для подъема на поверхность трещины, раскрывающейся в горизонтальном направлении со скоростью от 1/10 до 1/100 мм/мин и подверженной действию динамического напряжения, имитирующего транспортные нагрузки.

Опыты показали, что рассмотренная конструкция в сочетании со слоем износа толщиной 4 см является наиболее эффективной и способна разрешить проблемы трещинообразования главным образом дорог с полужесткой конструкцией покрытия. Такая технология применена во Франции при укреплении покрытий дорог и магистралей на площади около 200 тыс. м 2.

Новые смесь и технология фирмы "Jean Lifebvre" для реконструкции старых дорожных покрытий любых типов и для устройства новых слоев покрытий дорог

В рамках развития во Франции микроасфальтовых смесей холодной укладки фирма "Jean Lifebvre" (Франция) впервые применила такую смесь с прерывистой гранулометрией заполнителя, получаемую согласно новой запатентованной технологии Gripfibre. Она состоит в холодной обработке битумной эмульсией мелкозернистой гравийно-грунтовой смеси с прерывистой гранулометрией, содержащей синтетические ультратонкие волокна длиной 4-8 мм.

Заполнители в такой смеси представлены прочной скальной дробленой породой с прерывистой гранулометрией с зернами крупностью 0-6 или 0-10мм.

Вяжущим обычно является катионоактивная эмульсия битума, модифицированного эластомером типа ЕNА (этилен, винилацетат).

Добавка большого количества очень тонких волокон меняет пластичность смеси и придает ей исключительную однородность, значительно повышает вязкость эмульсии и консистенцию смеси, что исключает ее расслоение при укладке.

После твердения смеси значительно повышается ее сопротивление сдвигу и износостойкость при наличии воды, но снижается чувствительность к соли, используемой при обработке покрытий дорог при гололеде. Прерывистая гранулометрия смеси придает покрытию дороги или магистрали высокую шероховатость, повышающую безопасность движения в дождливую погоду.

Смесь Gripfibre приготавливают на оборудовании для смесей холодной укладки. Дозировка волокон по объему составляет несколько граммов на квадратный метр, что потребовало разработки специального дозатора, позволяющего производить дозировку волокон сухим способом, что исключает проблемы, возникающие при укладке смеси в покрытие дороги при наличии в ней воды.

Смеси Gripfibre могут быть использованы как для обновления старых покрытий дорог любых типов, так и для устройства новых слоев (см. рис. 1 и2).

Новая битумная эмульсия фирмы "SCR" (Франция) для поверхностной обработки покрытий дорог

Для поверхностных обработок дорожных покрытий фирма "SCR" предложила катионоактивную битумную эмульсию марки CR 80 с содержанием битума и воды соответственно 80 и 20%.

Битум с глубиной проникания иглы 80/100 или 180/220 модифицирован специальными добавками, повышающими его концентрацию в эмульсии.

Из-за повышенного содержания битума температура готовой эмульсии превышает 100°С, что требует применения теплообменника для снижения температуры эмульсии до 90°С перед ее складированием, которое становится возможным в течение более 7 суток.

Эмульсию CR 80 необходимо использовать при определенных условиях: распределять ее следует при температуре 80°С и давлении от 1•10 5 до 1,5•10 5 Па, а последующее уплотнение должно способствовать удалению воды.

Такая эмульсия обладает тиксотропными характеристиками, поэтому перед каждым использованием или после транспортировки ее необходимо перемешивать. Повышенная вязкость эмульсии значительно сокращает сроки укладки гравия и возобновления движения транспорта.

Битумная эмульсия CR 80 обладает следующими преимуществами по сравнению с обычными эмульсиями с содержанием битума 69%: возможно ее распределение на влажное основание; она не "размывается" водой, содержащейся в заполнителях; обладает исключительной клейкостью и мгновенно распадается; позволяет осуществлять поверхностную обработку путем устройства одинарного или двойного слоя гравийной россыпи; поверхностная обработка покрытия возможна на автомагистралях или дорогах с большим уклоном (10%), так как новая эмульсия предотвращает отекание вяжущего при наличии продольных и поперечных уклонов, а также проблему самошлифовки (скопления эмульсии в выбоинах).

Модифицированные битумы марки Mixphalt C фирмы "Shell" и цветные асфальтобетонные смеси, получаемые на основе этих битумов

Фирма "Shell" (США) разработала синтезированные битумы марки Mixphalt C, позволяющие благодаря добавке 1% пигмента получать смеси, битумные мастики и асфальтобетонные смеси различных цветов: желтого, голубого, зеленого. Такие битумы обладают всеми механическими и реологическими характеристиками черного битума (см. рис. 3).

Новые вяжущие марки Colclair и эмульсии Colclair E белого цвета фирмы "Colas" (Франция)

На базе синтезированного битума фирма "Colas" разработала новые вяжущие марки Colclair и новую эмульсию Colclair E белого цвета.

Смеси холодной укладки с добавкой эмульсии Colclair E обладают таким же сопротивлением отслаиванию вяжущего от заполнителя при наличии воды, что и смеси горячей укладки. Такие смеси приготавливают в горизонтальном смесителе, смонтированном на самоходном шасси.

Такие смеси находят широкое применение на небольших строительных объектах: при сооружении тротуаров, садово-парковых дорожек, аллей в садах и парках, скверах (см. рис. 4 и 5).

Эмульсии, цветной литой асфалътобетон и специальная смесительная установка фирмы "Colas Asphalte" (Франция)

Фирма "Colas Asphalte" предложила специальную установку для производства литого асфальтобетона марки Colclair различных цветов: бежевого, красного, зеленого. Одно из применений цветного асфальтобетона - это покрытие автозаправочной станции фирмы "Shell", где для улучшения ее внешнего вида использовали асфальтобетон красного и зеленого цветов.

При строительстве пересечений в разных уровнях на автодороге RN 190 был применен белый и бежевый асфальтобетон для повышения безопасности движения.

Кроме эмульсии и литого асфальтобетона, на базе синтезированного битума приготавливают дорожные смеси различных цветов марки Colclair 1 и Colclair 2. Их производство осуществляется в смесительной установке, где предусмотрена новая система дозировки и загрузки материалов.

Использование модифицированных битумов для улучшения характеристик асфальтобетонных покрытий дорог в США

В США на съезде Национальной ассоциации по асфальтобетонным дорожным покрытиям (National Asphalt Paving Association) предложена следующая классификация модификаторов битума: полимеры, эластомеры, металлизированные комплексные соединения, сера, заполнители, волокна, известь, органические материалы.

Большинство полимеров обладает высокой устойчивостью, прочностью, жесткостью, малой чувствительностью к температуре и в некоторых случаях высоким сопротивлением к десорбции и износу.

Большая часть полимеров добавляется в количестве 0,8-6% по массе битума.

По оценке Администрации федеральных дорог (FHWA) первоначальная высокая стоимость горячих асфальтобетонных смесей с использованием полимеров, которая повышается на 30%, компенсируется увеличением срока службы дорожного покрытия, что в общем снижает расходы.

Эластомеры получают из натурального каучука, латекса (искусственной резины) или регенерированной резины. Натуральный каучук применяют ограниченно из-за его высокой стоимости.

Латекс отличается малой чувствительностью к температуре, устойчивостью при низких температурах, сопротивлением к остаточной деформации при высоких температурах.

Латекс можно добавлять в смесь при перемешивании лопастной мешалкой в горизонтальном барабане или вводить и перемешивать с битумом. Регенерированная резина заменяет до 20-30% битума.

Назначением комплексных химических соединений, содержащих ионы металлов, является сокращение степени старения дорожного покрытия. Вязкость таких соединений подобна низкой вязкости масла для двигателей.

К ним относится соединение Chemkrete. При введении в жидкую асфальтобетонную смесь в количестве 2-4% по массе металлизированные комплексные соединения способствуют уменьшению колееобразования на покрытиях дорог и магистралей.

Сера частично заменяет битум в горячей асфальтобетонной смеси и вводится в количестве от 10 до 50% по массе битума. Сера, представляющая собой твердое сыпучее вещество желтого цвета при температуре окружающей среды имеет относительную плотность, почти в два раза превышающую плотность битума.

Вязкость серы зависит от температуры. При температуре ниже 115,6°С сера находится в твердом, а выше 154,4°С - в очень вязком состоянии. В интервале этих температур сера представляет собой жидкость с очень низкой вязкостью. При температуре 121,1-146°С вязкость битума с добавкой серы ниже вязкости битума.

При приготовлении горячей асфальтобетонной смеси серу следует добавлять в битум непосредственно перед подачей в смеситель, при использовании серы в жидком состоянии смесительной установке дополнительно придают резервуар для хранения серы, насос для ее подачи, дозатор, иногда устройство для предварительного смешивания. При использовании твердой серы установке могут быть приданы пластмассовые контейнеры, содержащие по 1350 кг сыпучей серы, складская площадка, конвейерная система, небольшая дробилка, шнековый или лопастной подающий механизм и нагнетательный вентилятор. После перемешивания смеси ее транспортируют, укладывают и уплотняют подобно обычной горячей асфальтобетонной смеси.

Минеральный порошок из сажи является широко распространенным заполнителем. Он обладает высокой износостойкостью, малой чувствительностью к температуре, влагостойкостью, устойчивостью к ультрафиолетовым лучам и окислению.

Обычно волокна всех типов и составов используют для устранения трещинообразования в бетоне на основе портландцемента, однако в последние годы их применяют и в асфальтобетонах.

Следует учитывать, что при использовании в горячих смесях большинство волокон плавятся при температуре 149°С, а для введения волокон в смесь требуется специальное оборудование.

Сухая и гашеная известь могут оказаться эффективными веществами против десорбции. Сухая известь трудно удерживается в смесях, но легко удаляется со щебня и переносится в раствор в качестве заполнителя. Следует отметить, что смеси могут загустевать в холодных условиях.

Основным органическим материалом, используемым в настоящее время в США, является нефтяной сланец. Побочные продукты сланца содержат высокий процент азотистых соединении, способствующих их применению в качестве веществ против десорбции и для регулирования влагосодержания в горячих смесях.

Виды модифицирующих добавок, применяемых в США, и их использование приведены в табл. 1.

Новый материал фирмы "SIKA" (Франция) для обработки цементобетонных дорожных покрытий

Фирма "SIKA" предложила новый пленкообразующий материал Antisol ER, повышающий шероховатость цементобетонных дорожных покрытий и являющийся одновременно замедлителем схватывания бетона.

В виде водной эмульсии материал наносят разбрызгиванием в один слой на поверхность свежеуложенного бетона (через 30 мин. после укладки) из расчета 0,2 кг/м 2. В дождливую погоду, спустя 3ч после первого нанесения эмульсии, необходимо применить ее повторно. На следующий день до нанесения борозд шероховатости следует очистить поверхность дорожного покрытия машиной, оборудованной вращающимися металлическими щетками, или водой, подаваемой под давлением. Во избежание разрыва эмульсионной пленки не следует применять центробежный насос, работающий с частотой вращения 1000 об/мин.

Antisol ER - это синтетический материал, замерзающий при температуре 1°С, но при подогреве полностью восстанавливающий свои характеристики. Он не содержит растворителя, его применение безопасно.

Таким образом, новый материал Antisol ER выполняет две функции: защищает свежеуложенный бетон от обезвоживания и обеспечивает состояние, отвечающее требованиям безопасности и комфорта автомобильного движения.

В настоящее время более 500 тыс. м 2 поверхности цементобетонных дорожных покрытий обработано эмульсией Antisol ER.
Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР



Виды модифицирующих добавок и их использование в США

Вид модифицирующей добавки	Тип добавки	Фирма-производитель	Коммерческое название	Условие введения	Количество	Стоимость	Время перемешивания, с	Упаковка	Температура перемешивания, °С
Регенерированная резина	Регенерированная резина старых шин	Plus Ride Inc.	Plus Ride	Перед подогревом	3% от массы смеси	12-15 цент/кГ	15	Мешок массой 27 кг или 1 т	162,78
То же	То же	Royston Labs	Rosphalt 50	После введения битума в количестве двух мешков	То же	99 долл./2 мешка	60-90	2 мешка массой по 10 кг	198,89
"	"	International Surfacing	Asphalt Rubber	После введения битума	7,5-8% от массы смеси	300-400 долл./т	Зависит от замеса	Продается навалом	162,78
Металлизированное комплексное соединение	Металлизированные и органические соединения	Chemkrete Technologies	Chemkrete	Перемешивается с битумом до введения в смесь	2-4% от массы смеси	2180 долл./т	Разное	Металлическая бочка вместимостью 242 л	Выше135
То же	Металлоаминовое соединение	Morton Thiokol/Carstab	Pave Bond	До введения битума	0,5-1% от массы смеси	-	Разное	Металлическая бочка вместимостью 242 л	Выше135
"	То же	Scanroad Inc.	Kling-Beta	Перемешивается с битумом до введения в смесь	2,7 кг/т	40-60 цент/кг	"	То же	137,78
Полимеры	Сополимер бутадиена и стирола (SBS)	Shell oil	Kraton	Вводится в битум до введния в смесь	5% от массы смеси	97 цент/кг	"	Мешки массой 16 и 450 кг	190,56
То же	То же	Elf Aquitaine	Styrelf	Вводят в смеситель взамен битума	Заменяет битум	70-90 долл./т	"	Продается навалом	135-148,89
"	"	Du Pont	Elvax	Растворяется в низком сосуде	3-5% от массы смеси	81 цент/кг	"	Мешки массой 22,5 кг	135-176,67
Пластмассы	Этиленвинилацетат (EVA)	Exxon Chemical Americas	Polybilt	Вводится в битум до введения в смесь	Разное на 1 т	-	Соответствует нормам	Мешки массой 22,5 кг, продается навалом	135-176,67
Волокна	Полиэфирное волокно	Kapejo	Bonifibers	Вводится в сухой щебень	2,5-3,4 кг/т	180 долл/картонная коробка	60	Картонная коробка массой 67,5 кг, мешки и картонная коробка массой 13,5/2,25 кг	148,89
"	Полипропиленовое волокно	Hercules Chemical Fibers	Fiber Pave 3010	Meшки загружают в бункер	2,7 кг/т	1,30-1,50 дол./кг	10 (в сухой смеси), 35 (в увлажненной смеси)	Мешки массой 2,7; 5,4; 8,1 кг	Ниже 143,33
"	Стальное волокно	Mitchell Fibercon	Fibercon Fibers	Вводят в увлажненную смесь из мешков	11,25 кг/т	30 цент/кг	Соответствует нормам	Мешки массой 11,25 кг	135-176,67
"	Полиолефин	Forta Corp.	Fiber ES-6CR	Вводят в сухой щебень	0,45 кг/т	5,50 долл./т 11,00 долл/мешок	45	Мешки массой 0,9 кг для двух замесов	153
Латекс	Полихлоропрен	Du Pont	Neoprene	Вводят в циклонный сепаратор	1,5-3% от массы смеси	5,40 долл /л	Соответствует нормам	Металлическая бочка вместимостью 242 л или навалом	93,83-148,89
"	Бутадиенстирольный каучук (SBR)	Goodyear	Ultrapave	Вводят в битум за 6 с до введениящебня	2,9 л/т	6,50 долл /л	35	То же	Выше 140,56
Латекс	Бутадиенстирольныи каучук (SBR)	Polysar	Latex 275	Вводят в смеситель барабанного типа	2,9 л/т	6,50 долл /л	8-10	Металлическая бочка вместимостью 242 л или навалом	Выше 140,56
"	Бутадиенстирольный каучук	Dow Chemical	Down right HM100L	То же	2,9 л/т	5-7 долл./кг	Соответствует нормам	То же	146,11
Сера	Битум с добавкой серы	Freeport Sulphur Co, Sulphur Institute	Sulphur	Заменяет часть битума в цикле увлажнения	10-50% от массы смеси	Разная	То же	Мешки массой 22,5 кг или контейнеры массой 1350кг	135- 148,89
Известь	Гашеная известь	Разные производители National Lime Assoc.	Lime	Вводят в щебень до введения битума	3% от массы смеси	"	"	Продается только навалом	135-148,89
Заполнители	Минеральный порошок из сажи	Cabot Corp	Microfil 8 u 25	Вводят в битум до введения в смесь	Заменяет 18% от объема битума	"	"	То же	135-148,89