5.93.Поверхностную обработку покрытий устраивают на новых асфальтобетонных, различных видах черных и цементобетонных покрытиях, а также на покрытиях, бывших в эксплуатации, для обеспечения необходимого коэффициента сцепления колеса автомобиля с поверхностью покрытия, а также для увеличения срока службы покрытий.
При устройстве конструктивных слоев из пористых, высокопористых асфальтобетонов, из черного щебня, эмульсионно-минеральных смесей, дегтеминеральных смесей и других поверхностная обработка является также защитным слоем, предохраняющим конструктивные слои от деформативного износа при проезде автотранспорта и проникновения в них атмосферных осадков.
5.94.На асфальтобетонных и других черных покрытиях устраивают, как правило, одиночную поверхностную обработку. На цементобетонных покрытиях применяют двойную поверхностную обработку.
5.95.Работы по устройству поверхностной обработки с использованием анионной эмульсии следует проводить при температуре воздуха не ниже 15°С, с использованием катионной -не ниже 5°С.
5.96.При выборе способа устройства поверхностной обработки покрытий необходимо учитывать ее назначение, условия движения на дороге, климатические условия района строительства, имеющиеся материалы и средства механизации.
Устройство поверхностной обработки с использованием фракционированного щебня
5.97.Поверхностная обработка фракционированным щебнем устраивается преимущественно для обеспечения требуемого коэффициента сцепления на участках дорог с опасными и затрудненными условиями движения.
5.98.При устройстве поверхностной обработки фракционированным щебнем следует применять щебень из трудношлифуемых изверженных и метаморфических горных пород марки не ниже 1200фракций 5-10, 10-15, 15-20мм с преимущественно кубовидной формой зерен. Щебень должен быть чистым, не содержащим пыли и глины.
5.99.При устройстве поверхностной обработки фракционированным щебнем следует применять преимущественно катиокные эмульсии класса ЭБК-1, ЭБК-2, а также эмульсии анионные класса ЭБА-1, ЭБА-2.
Эмульсии должны выдерживать испытание на сцепление пленки вяжущего со щебнем по ГОСТ 18659-81.
При устройстве поверхностной обработки с применением катионных битумных эмульсий следует использовать щебень, необработанный предварительно органическим вяжущим, при использовании анионных эмульсий -преимущественно черный щебень.
5.100.Для приготовления битумных эмульсий следует применять битумы марок БНД 60/90,БНД 90/130,БНД 130/200,БН 60/90,БН 90/130,БН 130/200.
Для приготовления битумных эмульсий, используемых для устройства поверхностных обработок на дорогах с большой грузонапряженностью, с движением преимущественно грузовых автомобилей, а также в районах с резко континентальным климатом, рекомендуется применять полимерно-битумное вяжущее (например, на основе ДСТ).Технология приготовления эмульсий на полимерно-битумных вяжущих не отличается от обычной.
5.101.Расход эмульсии и щебня должен соответствовать нормам, установленным в табл. 13.
5.102.Одиночную поверхностную обработку фракционированным щебнем с использованием битумных эмульсий производят в следующем порядке:
очистка и ремонт обрабатываемой поверхности;
розлив эмульсии по покрытию в количестве 30%нормы;
распределение щебня в количестве 70%нормы;
розлив остального количества эмульсии (70%);
распределение остального количества щебня (30%) ;
5.103.Очистку обрабатываемой поверхности от пыли и грязи осуществляют механическими щетками, а при сухой жаркой погоде смачивают водой непосредственно перед распределением эмульсии.
5.104.Розлив эмульсии производят автогудронатором. Для равномерного розлива эмульсии необходимо обеспечить бесперебойность действия сопел, равномерность работы на.соса и требуемую скорость перемещения гудронатора.
Температуру и концентрацию эмульсии следует устанавливать в зависимости от погодных условий. При температуре воздуха ниже 20°С следует применять эмульсии с концентрацией битума 55-60%и температурой 40-50°С. При температуре воздуха выше 20°С подогревать эмульсию не следует, а концентрация битума может быть снижена до 50%.
Таблица 13
|
Поверхностная |
Норма расхода |
|||
|
обработка покрытий |
щебня, мм |
щебня, м 3 /100 м 2 |
эмульсии, л/м 2 , при концентрации битума, % |
|
|
Одиночная | ||||
|
Первая россыпь |
Превый розлив и в |
|||
|
Вторая россыпь |
Второй розлив |
|||
Примечание. При применении черного щебня нормы расхода вяжущего снижаются на 20 - 25%.
Чтобы не допустить стекания эмульсии с покрытия, необходимо контролировать ее вязкость, которая должна быть в пределах 15-30с.
5.105.Распределение щебня производят самоходным распределителем, автомобилем-самосвалом с навесным приспособлением или другим механизмом, обеспечивающим равномерное распределение щебня. Механизм, распределяющий щебень, должен двигаться не далее 20м от автогудронатора и рассыпать щебень перед собой, наезжая колесами на щебень, а не на слой эмульсии.
5.106.Слой поверхностной обработки уплотняют за 3-4прохода легкого(6-8т) катка, приурочивая эту операцию к началу распада эмульсии. Более тяжелые катки (10т) допускаются только при использовании очень прочного щебня, например базальтового. Рекомендуются катки на пневматических шинах.
5.107.В течение первых дней эксплуатации необходимо осуществлять уход за слоями поверхностной обработки. Незакрепившийся щебень должен быть удален с покрытия не позднее суток после открытия движения. Скорость движения автомобилей ограничивают до 40км/ч и регулируют по ширине проезжей части. При использовании анионных эмульсий движение транспортных средств закрывают на сутки для формирования слоя.
Для предохранения низкопрочного слоя каменных материалов от непосредственного воздействия колес автомобилей и создания шероховатой поверхности покрытия необходимо устройство верхних защитных тонкослойных покрытий, которые выполняются с использованием органических вяжущих материалов.
Такие покрытия препятствуют также прониканию атмосферной воды в несущие слои. Это имеет особо важное значение для материалов, изменяющих свои физико-механические свойства при увлажнении. Тонкослойные покрытия устраиваются чаще всего в виде поверхностной обработки или же в виде слоя из предварительна обработанных органическими вяжущими минеральных материалов.
Поверхностная обработка заключается в распределении по проезжей части дороги органических вяжущих материалов с последующей засыпкой мелким каменным материалом в количестве, необходимом для создания тонкого (2-4 см), но вместе с тем плотного и эластичного слоя, хорошо связанного с нижележащим слоем одежды и защищающего ее от непосредственного воздействия автомобилей и атмосферных осадков. Поверхностная обработка улучшает эксплуатационные качества покрытий, повышая их шероховатость.
Для поверхностной обработки применяют вязкие дегти или битумы, которые в горячем состоянии разливают на хорошо уплотненную, ровную поверхность покрытия. В зависимости от вида дорожного покрытия, характера и интенсивности движения эту операцию повторяют 1, 2 или 3 раза, в соответствии с чем поверхностную обработку называют одиночной, двойной или тройной.
Если поверхностную обработку делают на старом покрытии, его необходимо предварительно тщательно отремонтировать. Новые щебеночные, гравийные, грунтощебеночные и другие покрытия до выполнения поверхностной обработки должны быть доуплотнены движением Выявившиеся деформации покрытия необходимо ликвидировать. Устройство поверхностной обработки характеризуется высокими темпами работ, использованием несложного оборудования, минимальным расходом вяжущих и минеральных материалов и как результат всего этого невысокой стоимостью (2,5 - 4,5 тыс. руб. за 1 км).
Порядок производства работ при устройстве одиночной поверхностной обработки следующий: подготовка обрабатываемой поверхности; розлив вяжущего в горячем состоянии; немедленное распределение (россыпь) и разравнивание минерального материала; уплотнение. При двойной и тройной поверхностных обработках розлив вяжущих, россыпь минеральных материалов и уплотнение-производятся соответственно 2 или 3 раза.
Подготовка обрабатываемой поверхности заключается в ее очистке, частичном мелком ремонте для ликвидации неровностей и вспомогательном розливе вяжущего материала. Покрытие очищают механическими щетками за один-два прохода.
При обработке покрытия из низкопрочных каменных материалов после очистки его от грязи и пыли следует разлить жидкий битум марок СГ-15/25, МГ-25/40 или деготь Д-1, Д-2 в количестве 1,0-1,5 л/м2 для улучшения сцепления вновь образуемого черного коврика с поверхностью покрытия (подгрунтовка). Основное вяжущее разливают только после того, как в покрытие полностью впитается материал предварительного розлива.
Для поверхностной обработки применяют органические вяжущие материалы с повышенной вязкостью жидкие битумы СГ-40/70-МГ-40/70, а также вязкие битумы БНД-130/200 БНД-200/300 И каменноугольные дегти Д-4 и. Д-5. При более прохладной погоде и малопрочных материалах применяются менее вязкие (из перечисленных) вяжущие материалы.
Дорожные каменноугольные дегти, применяемые для поверхностной обработки дорог, понижают срок службы покрытия вследствие быстрого старения, Некоторое повышение погодо- и теплоустойчивости дегтей достигается путем введения в них тонкодисперсных частиц каменных материалов, известняка, доломита, шлака или каменной пыли. Дегти с такими добавками называются наполненными. Количество добавки обычно не превышает 30% по массе. Количество добавки может быть установлено по формуле
где Н/Д - весовое отношение наполнителя к дегтю; k - коэффициент, зависящий от свойств наполнителя, равный 0,4-0,5, γн и γд - плотности наполнителя и дегтя; Сн - вязкость по стандартному вискозиметру наполненного дегтя; С - то же, чистого.
При устройстве поверхностной обработки можно применять и быстро распадающиеся эмульсии, что позволяет использовать увлажненные минеральные материалы.
Опыт показал, что при недостаточной чистоте минерального материала и в районах с теплым климатом можно применять средне- и медленнораспадающиеся эмульсии, содержащие 50-55% битума.
Подготовительные и окончательные операции проводят так же, как и для поверхностной обработки с битумом. В технологии устройства есть небольшое различие, которое заключается в том, что эмульсию разливают на рассыпанный минеральный материал (60-70% от нормы), а затем рассыпают остальные 30-40% минерального материала. Такая технология препятствует растеканию эмульсии.
Положительных результатов достигли дорожники Украины, применяя несколько иную технологию; вначале рассыпают 30% минерального материала от нормы и затем разливают 50% эмульсии, затем рассыпают еще 40% минерального материала и разливают оставшиеся 50% эмульсии, после чего засыпают до нормы оставшийся минеральный материал и уплотняют средним или тяжелым катком за два-четыре прохода по одному следу.
Для улучшения прилипания битума к поверхности минерального материала применяют поверхностно-активные добавки, которые вводят путем их распыления по поверхности сразу же после розлива битума или при его приготовлении.
Битум разливают при температуре 80-120° С на сухое очищенное покрытие. Температура воздуха должна быть не ниже 15° С. Вяжущее разливают при помощи автогудронаторов, прицепных гудронаторов или битумовозов, чаще на всю ширину проезжей части, а иногда (в зависимости от условий проезда, нормы розлива и ширины проезжей части) на половину ее ширины.
При розливе вяжущего автогудронаторами следует иметь в виду, что интенсивность распределения вяжущего зависит от скорости движения автогудронатора, которая в связи с этим назначается в соответствии со специальными таблицами.
При емкости автогудронатора Qt длине распределительной трубы b, норме розлива вяжущего q длина захватки за один проход составляет
Слой битума или дегтя должен быть возможно более тонким и равномерным, без пропусков. Норму розлива необходимо тщательно соблюдать и изменять в зависимости от вязкости материалов, характеристики каменного материала. При шероховатом и неплотном покрытии, крупном минеральном материале и вязком битуме (дегте) требуется больший объем органических вяжущих материалов.
Пропущенные места при розливе (ввиду засорения сопел, неравномерного движения автогудронатора и т. д.) должны быть заделаны разливом из лейки или другим путем.
При розливе вяжущего по одной половине дороги необходимо обеспечить ровный продольный стык, для этого предыдущий розлив перекрывают не более чем на 5-10 см.
На участках со значительными продольными уклонами для предотвращения быстрого стекания вяжущего розлив следует вести снизу вверх.
Минеральный материал (гравий, щебень размером до 25 мм) рассыпают немедленно после розлива вяжущего, что необходимо для хорошего сцепления каменных частиц и битума. Чем быстрее будет сделана россыпь минерального материала, тем большая гарантия получения равномерной толщины обрабатываемого слоя по всей ширине проезжей части. Материал рассыпают так, чтобы на покрытии не оставалось черных пятен, так как в противном случае вяжущее будет прилипать к колесам движущихся машин и срывать слой обработки. Минеральные материалы распределяют самоходными и прицепными щебнераспределителями или автомобилями-самосвалами с навесным распределительным оборудованием. Для того чтобы не наезжать на вяжущее, автомобили-самосвалы движутся задним ходом. Щебень и гравий, применяемые для россыпи, должны, быть однородными по прочности и размерам, чистыми и сухими. Для первой россыпи может быть применен минеральный материал меньшей прочности. Для последней россыпи следует применять прочный, морозостойкий, плохо шлифующийся одномерный материал с соотношением размеров частиц не более 1-2, что обеспечивает быстрое формирование покрытия. Для обеспечения большой шероховатости покрытия, что особенно важно при значительных продольных уклонах, рекомендуется применять для последней россыпи щебень размером 15-25 или 10-15 мм. Расход вяжущего и минерального материала приведен в табл. 55.
Для равномерного распределения минерального материала его разметают механическими щетками. Затем полученный слой уплотняют катком на пневматических шинах или с металлическими вальцами. Количество проходов в зависимости от прочности минерального материала, температуры воздуха, типа и массы катка может быть в пределах трех - шести по одному следу Прочные материалы (1-2-го классов) следует уплотнять средними (7-9 т) или тяжелыми (10-12 т) катками, менее прочные материалы (3-4-го классов) уплотняют легкими катками (5-6 т) или лучше катками на пневматических шинах.
В процессе укатки необходимо следить за образованием просадок, наличием отдельных жирных мест В том и другом случае дополнительно рассыпают минеральный материал, тщательно разметая его по исправляемой поверхности. Движение может быть открыто через 6-8 ч после уплотнения. Окончательное формирование покрытия происходит под воздействием движения.
Поверхностную обработку покрытий из грунта и грунтощебня следует выполнять после уплотнения и формирования покрытия под действием автомобильного движения.
Работы по устройству поверхностной обработки должны заканчиваться с таким расчетом, чтобы формирование покрытия в процессе эксплуатации было завершено за 10-20 дней до начала периода с пониженными температурами воздуха и дождями, в противном случае возможно разрушение покрытия.
За слоем поверхностной обработки в первые две-три недели необходим уход: отдельные повреждения следует немедленно исправлять; минеральный материал, сбрасываемый движением к краям дороги, следует наметать обратно, а выступающие пятна вяжущего материала присыпать каменной мелочью.
По мере износа поверхностную обработку следует периодически повторять. Повторная обработка требует меньшего расхода вяжущего (1,0-1,5 кг/м2) и каменной мелочи.
Для обеспечения нормальной службы дорожных одежд из низкопрочных материалов поверхностная обработка имеет особенно важное значение. При ее отсутствии или повреждении разрушается покрытие и повышается его износ. Если своевременно возобновлять поверхностную обработку, практически не возникает потребности в ремонте покрытия, за исключением мелкого текущего ремонта местных повреждений.
Для слоев укрепленного грунта, обработанного и необработанного грунтощебня, жерствы, шлаков, гравия, низкопрочных каменных материалов необходимо применять тройную, в крайнем случае двойную поверхностную обработку.
На покрытиях, ранее обработанных органическими вяжущими материалами, устраивается, как правило, одиночная поверхностная обработка.
Основными отличиями поверхностной обработки на покрытиях, ранее обработанных вяжущими, являются возможность в ряде случаев исключения предварительного розлива и меньший расход вяжущего и минерального материала.
На Украине для устройства поверхностной обработки применяют высокопрочный клинец крупностью 15-25 мм с тщательным уплотнением тяжелыми катками. Такая, поверхностная обработка дает шероховатое покрытие и значительно удлиняет срок его службы. Так, поверхностная обработка с применением низкопрочных минеральных материалов служит около 2-3 лет, а с применением гранитного материала - 3-6 лет, в зависимости от интенсивности и состава движения.
Для устройства шероховатых поверхностных обработок в Kaзахстане применяли высокопрочный гранитный щебень, дробленый гравий, частично прочный известняк и вязкий битум марок БНД-90/130, БНД-130/200, а также быстро- и среднераспадающиеся эмульсии. Нормы расхода материалов приведены в табл. 56.
Эффективность устройства шероховатых поверхностных обработок по сравнению с обычными (гладкими, эластичными) характеризуется следующими данными: расход щебня сократился на 60-80%, битума - на 30-50% с экономическим эффектом в среднем 400 руб. на 1 км поверхностной обработки. Коэффициент сцепления шин с покрытием повысился в 1,6-2,2 раза, повысилась скорость движения автомобилей; ровность покрытия по показателю толчкомера ТХК-2 улучшилась на 22%; себестоимость перевозок снизилась на 7% за счет улучшения эксплуатационного состояния покрытий, количество дорожно-транспортных происшествий сократилось на 32%.
Толщина слоя поверхностной обработки зависит главным образом от количества вяжущего и каменного материала и частично от прочности и ровности обрабатываемой поверхности.
При отсутствии достаточно прочных каменных материалов для устройства поверхностной обработки на дорогах низких категорий иногда используют малопрочные каменные материалы, которые предварительно обрабатывают органическими вяжущими материалами.
Поверхностная обработка – технологический процесс устройства на дорожных покрытиях тонких слоев с целью обеспечить шероховатость, водонепроницаемость, износостойкость и плотность покрытий. Слой, устраиваемый этим способом, также называют поверхностной обработкой
Поверхностные обработки используются:
либо как профилактический слой, который закрывает и предохраняет в плохую погоду основные конструктивные слои дорожных покрытий от преждевременного разрушения;
либо как слой износа, подверженный стиранию в процессе движения, предохраняя наилучшим образом структуру дороги. Такому слою требуется только периодическое обновление для придания структуре дороги ее первоначальных качеств;
либо как верхний слой дорожного покрытия с характеристиками шероховатости, обеспечивающими сцепление и хорошее дренирование поверхностных вод, приводящими к значительному понижению порога аквапланирования и создающими, благодаря повышенному удельному давлению, хорошее сопротивление формированию гололеда.
Кроме технических преимуществ, поверхностные обработки имеют достаточно конкурентоспособную стоимость по сравнению с комплексом верхних слоев дорожных одежд, используемых в этих случаях.
Существует много различных способов устройства поверхностных обработок, из которых в настоящей статье рассматривается лишь один – использование для этой цели фракционного щебня и различных органических вяжущих, в том числе эмульгированных.
Чтобы создать поверхностную обработку, соответствующую представленным требованиям, необходимо при ее устройстве соблюдать несколько принципиальных положений:
использовать вяжущее, которое прочно и надолго соединяется с поверхностью покрытия или основания. Это соединение называется парой «вяжущее – основа»;
каменный материал должен быть прикреплен к покрытию или основанию, а каждая щебенка должна быть прочно соединена с соседними. Это взаимодействие называют парой «вяжущее – щебень»;
количество вяжущего должно быть достаточным, чтобы покрыть пленкой каждую щебенку на необходимую высоту и заполнить все микротрещины покрытия, но не быть избыточным, чтобы не выступать на поверхность щебеночного слоя. Это основной принцип дозировки и распределения вяжущего;
каменный материал должен быть чистым, обладать высокими физико-механическими свойствами (прочностью, морозостойкостью, сопротивлением истиранию и др.), иметь определенные формы и размеры. Это основные требования к каменным материалам;
количество каменного материала должно быть достаточным, чтобы создать нужную структуру поверхности, но не быть излишним, чтобы избежать необходимости удаления его. Это принцип дозировки и распределения каменного материала;
каждая щебенка должна занять наиболее стабильное положение, а все вместе должны создавать сплошной монолитный слой с шероховатой поверхностью. Это основной принцип уплотнения.
Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:
все работы по устройству поверхностной обработки должны быть выполнены в наиболее благоприятных условиях погоды. Это принцип назначения сроков выполнения работ;
до начала работ должны быть решены все организационные вопросы, касающиеся поставки материалов, подготовки машин и оборудования. Это принцип организации работ;
в процессе работ должны строго выполняться требования к технологии производства работ и качеству применяемых материалов. Это принцип организации контроля качества.
Поверхностные обработки с использованием фракционированного щебня устраивают преимущественно на участках дорог с опасными и затрудненными условиями движения на дорогах I – III категорий.
В зависимости от типа и состояния покрытия поверхностные обработки могут быть одиночными и двойными; на цементобетонных покрытиях – только двойными.
Требования к материалам
Щебень
Щебень поверхностной обработки воспринимает и передает на нижележащие слои нагрузку от автомобилей, служит слоем износа и обеспечивает сцепление между дорогой и колесами автомобилей.
Каменный материал, применяемый для устройства поверхностной обработки, должен обладать высокими физико-механическими свойствами, такими как прочность, морозоустойчивость, сопротивление удару и износу (истиранию), хорошей прочностью сцепления с вяжущим и т.д. Соответствие горной породы вяжущему определяют путем испытания в лабораторных условиях на прочность сцепления.
Влияние формы щебенок на стабильность их положения
Рис. 1. Влияние формы щебенок на стабильность их положения
Форма щебенок должна быть как можно ближе к кубической, чтобы обеспечить устойчивое положение на поверхности покрытия. Яйцевидная форма щебенок, так называемая форма «колумбового яйца», не имеет стабильного положения. Плоские плитки и щебенки в виде вытянутой иглы хрупки и плохо укладываются в покрытие (рис. 1).
Щебень поверхностной обработки должен быть очень чистым, что обуславливает его тщательную мойку во время производства. Наличие глины, даже в очень слабых пропорциях, весьма нежелательно: глина крайне гидрофильна, и сильное разбухание, которое происходит при наличии воды, приводит к тенденции разрыва связки «вяжущее – щебень».
Правильно выбранная форма и размер щебенок формируют шероховатость поверхностной обработки, обеспечивают снижение шума в салоне автомобиля при движении.
Прицепной битумощебнераспределитель БЩР-375 совместного производства ОАО "Строммашина" и фирмы Breining (Fayat Group), Германия
Прицепной битумощебнераспределитель БЩР-375 совместного производства ОАО «Строммашина» и фирмы Breining (Fayat Group), Германия
Важное значение имеет выбор размера щебня. Установлено, что размеры щебня порядка 10–15 и 15–20 мм вызывают довольно высокий уровень шума в салоне автомобиля и мешают прослушиванию музыки при скорости движения более 130 км/ч. Исходя из этого, отдают предпочтение поверхностной обработке из щебня фракций 5–10 мм.
Еще один фактор, который необходимо учитывать при назначении требований к размеру щебня, состоит в исключении возможности разбития лобовых стекол автомобилей щебенками, вылетающими из-под колес автомобилей при движении с высокой скоростью. Использование мелкозернистого щебня позволяет почти полностью решить эту проблему.
Для устройства поверхностных обработок применяют щебень марки не ниже 1200 по ГОСТ 8267-82 из трудношлифуемых изверженных и метаморфических горных пород для автомобильных дорог I и II категорий, марки 1000 – для дорог III категории и марки не ниже 800 – для дорог IV категории, фракций 5–10, 10–15, 15–20 мм (допускается применение щебня фракций 5–15 и 10–20 мм при условии обеспечения коэффициента сцепления) преимущественно кубовидной формы зерен (зерна пластинчатой формы составляют не более 15%); содержание пылеватых, глинистых и илистых частиц в щебне не должно превышать 1% массы. Выбор фракции щебня производят в зависимости от твердости дорожного покрытия.
Вяжущее
При устройстве поверхностной обработки в качестве вяжущих используют вязкие битумы, битумы с добавками дегтей, битумы и дегти с добавками полимеров, битумные эмульсии.
Вяжущее обеспечивает гидроизоляцию покрытия, приклеивание каменного материала к покрытию или основанию и соединение щебенок в единый слой.
Марку битума выбирают по ГОСТ 22245-90 с учетом дорожно-климатической зоны: для I – БНД 90/130 и БНД 130/200, для II и III – БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БН 60/90, БН 90/130 и БН 130/200, для IV и V – БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90 и БН 90/130.
Битум должен выдерживать испытание на сцепление со щебнем, используемым для устройства поверхностной обработки. При неудовлетворительном сцеплении битума со щебнем следует использовать добавки соответствующих ПАВ или производить предварительную обработку щебня дегтем или смесью битума с дегтем.
Применяемые каменноугольные дегти должны иметь марку Д-5, Д-6 или Д-7 по ГОСТ 4641-80 и использоваться на автомобильных дорогах не выше III категории. На участках дорог, проходящих по населенным пунктам, применение каменноугольных дегтей не разрешается.
При устройстве поверхностной обработки с использованием эмульсий применяют преимущественно катионные битумные эмульсии класса ЭБК-1, ЭБК-2, отвечающие требованиям ГОСТ 52128. В условиях III – IV дорожно-климатических зон и при благоприятных погодных условиях во II зоне допускается применение анионных эмульсий класса ЭБА-1, ЭБА-2. Эмульсии должны выдерживать испытание на сцепление пленки вяжущего со щебнем.
При устройстве поверхностной обработки на катионных битумных эмульсиях используют необработанный органическим вяжущим щебень, на анионных эмульсиях – преимущественно черный щебень.
При устройстве поверхностной обработки на дорогах с интенсивностью движения свыше 3000 авт/сут., с движением преимущественно грузовых автомобилей, также в районах с резко континентальным климатом применяют битум и деготь с добавками полимеров. Дегтеполимерное вяжущее используют на дорогах не выше II категории.
Виды поверхностных обработок
Различают несколько видов поверхностных обработок, каждая из которых имеет свою сферу наиболее эффективного применения (рис. 2).
Виды поверхностных обработок
Рис. 2. Виды поверхностных обработок
Однослойная поверхностная обработка с однократным распределением вяжущего и щебня. Применяется для создания шероховатой поверхности и слоя износа дорожной одежды с достаточной прочностью. Это самый распространенный вид шероховатой поверхностной обработки, наиболее подходящий для всех видов движения. Чаще всего она устраивается из щебня фракций 5–10 мм.
Однослойная поверхностная обработка с двойным распределением щебня. На слой нанесенного вяжущего сначала рассыпают крупную фракцию щебня (например, 10–15 или 15–20 мм), прикатывают катком, а затем рассыпают более мелкую фракцию щебня (например, 5–10 мм) и уплотняют. Применяется на дорогах с интенсивным движением и высокой скоростью движения. Такая поверхностная обработка способствует улучшенной герметичности покрытия, устранению мелких неровностей и деформаций, лучше распределяет усилия от колес автомобилей. Особенно эффективно такая обработка работает на хорошем жестком основании.
Двухслойная поверхностная обработка. На первый слой разлитого вяжущего рассыпают крупную фракцию щебня и уплотняют. Затем разливают второй слой вяжущего, рассыпают более мелкую фракцию щебня и окончательно уплотняют. Применяется на покрытиях с недостаточной прочностью, при наличии сетки трещин, ямочности, колей, при высокой интенсивности движения, т.е. в тех случаях, когда необходимо не только создать шероховатый слой износа и защитный слой, но и улучшить ровность, несколько повысить прочность и сдвигоустойчивость. Применяется также на цементобетонных покрытиях.
Поверхностная обработка типа «сэндвич». На покрытие рассыпают щебень более крупной фракции, затем распределяют вяжущее, рассыпают щебень мелкой фракции и уплотняют. Структура получаемого слоя поверхностной обработки сравнима с однослойной поверхностной обработкой, устроенной путем розлива вяжущего и двойной россыпью щебня. Такая поверхностная обработка рекомендуется при неоднородном по ровности покрытии для его выравнивания и некоторого усиления. Применяется на дорогах второстепенного, местного значения.
При выборе способа устройства поверхностной обработки покрытий необходимо учитывать ее назначение, условия движения на дороге, климатические условия района строительства, показатель твердости дорожного покрытия, наличие материалов и средств механизации.
Технология производства работ
Существует два способа устройства поверхностных обработок:
традиционный – с раздельным распределением материалов;
способ с синхронным распределением вяжущего и щебня.
Традиционный способ
Работы по устройству одиночной поверхностной обработки традиционным способом с использованием битумов, дегтебитумов, битумо- и дегтеполимерных вяжущих производят в следующем порядке:
розлив вяжущего;
распределение щебня;
укатка;
уход в период формирования.
Работы по устройству двойной поверхностной обработки производят в такой последовательности:
подготовка поверхности (очистка от пыли и грязи) и ремонтные работы;
первый розлив вяжущего;
первая россыпь щебня;
укатка;
второй розлив вяжущего;
вторая россыпь щебня (между первой и второй россыпью щебня допускается перерыв не более 3–5 суток);
укатка;
уход в период формирования.
Битумощебнераспределитель Chipsealer-19 фирмы Secmair, Франция
Очистку покрытия от пыли и грязи выполняют механическими щетками, наиболее загрязненные участки промывают с помощью поливомоечной машины.
Струны щеток, какова бы ни была их природа (нейлон, сталь), должны быть в хорошем состоянии и достаточно жесткими, чтобы обеспечить эффективное соскабливание.
В случаях, когда старое покрытие не удается полностью очистить от пыли и грязи, оставшихся в мелких трещинах и впадинах, его необходимо подгрунтовать путем розлива жидкого битума по норме 0,3–0,5 л/м2 или битумной эмульсией с расходом 0,5–0,8 л/м2.
Розлив вяжущего производят автогудронатором. Для равномерного розлива вяжущего необходимо обеспечить бесперебойность действия сопел, равномерность работы насоса и требуемую скорость перемещения гудронатора.
Сопла должны быть теплоизолированы и оснащены устройством обогрева, позволяющим поддерживать или обеспечивать определенную температуру вяжущего.
В зависимости от выбранного вяжущего и от ширины обрабатываемой поверхности водитель определяет, с помощью элементов регулировки гудронатора (номограмма, вычислительный диск, программирование), необходимое соотношение между скоростью передвижения и количеством оборотов насоса, который определяет дозирование вяжущего на покрытии. Во время осуществления распределения соотношение между скоростью автомобиля и количеством оборотов насоса поддерживается постоянным, путем, либо автоматического слежения, либо непосредственного считывания шофером показаний тахометра и счетчика оборотов.
Во время розлива температура битума марок БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90 и БН 90/130 должна составлять 150–160°C; марок БНД 130/200 и БН 130/200 – 100–130°C; температура полимерно-битумного вяжущего – 140–160°C; дегтеполимерного вяжущего – 100–110°C.
Распределение щебня производят самоходным щебнераспределителем, автомобилем-самосвалом с навесным приспособлением или другим механизмом, обеспечивающим быстрое и равномерное распределение щебня. Кузов всех этих механизмов должен быть плоским и без локальных деформаций. Высота сброса щебня должна быть небольшой, чтобы обеспечить более однородное распределение заполнителя на покрытии. Автощебнераспределители могут быть оснащены системой гидравлического расширения, позволяющей изменять без остановки рабочую ширину от 2,50 до 4 м.
Битумощебнераспределитель НР-27 фирмы Savalco
Щебень распределяют непосредственно после розлива вяжущего слоем в одну щебенку и укатывают катком 6–8 т за 4–5 проходов по одному следу.
Уплотнение поверхностной обработки покрытий обеспечивает укладку щебня и его закрепление на покрытии. Пневматические шинные уплотнители великолепно обеспечивают эти функции. Они приспосабливаются к неровностям дороги и не дробят щебень.
В течение первых дней эксплуатации необходимо осуществлять уход за формирующимися слоями. Незакрепившийся щебень должен быть удален с покрытия не позднее чем через 1 сутки после открытия движения. Скорость движения автомобилей ограничивают 40 км/ч и регулируют по ширине проезжей части.
Выброшенный лишний щебень подбирается очистительными машинами-сборщиками, очистительными машинами и втягивающими машинами. Оснащенные различными щетками и всасывающими соплами, они оборудованы сборными емкостями для мелкозернистого материала, который они поднимают. Эти всасывающие механизмы представляют большой прогресс в технологии поверхностных покрытий, поскольку они позволяют значительно снизить самый большой вред от загрязнения: битье ветровых стекол автомобилей после возобновления движения.
Поверхностную обработку с использованием битумных эмульсий выполняют в следующем порядке:
подготовка поверхности (очистка от пыли и грязи) и выполнение в случае необходимости ремонтных работ;
смачивание поверхности водой (в жаркую сухую погоду);
розлив эмульсии по покрытию в количестве 30% нормы;
распределение щебня в количестве 70% нормы;
розлив оставшейся эмульсии (70%);
распределение оставшегося щебня (30%);
укатка;
уход в период формирования.
Температуру и концентрацию эмульсии устанавливают в зависимости от погодных условий. При температуре воздуха ниже 20°C рекомендуется применять эмульсию с температурой 40–50°C и концентрацией битума 55–60%. Подогрев эмульсии до указанной температуры следует производить непосредственно в автогудронаторе в процессе транспортирования к месту работ. При температуре воздуха выше 20°C эмульсию применяют в холодном состоянии, а концентрацию битума можно снизить до 50%.
Распределение щебня осуществляют таким образом, чтобы щебень распределялся не далее 20 м от автогудронатора, разливающего эмульсию.
Уход за поверхностной обработкой с применением битумных эмульсий выполняется так же, как и при использовании битума. При использовании анионных эмульсий движение автомобилей открывается не ранее чем через 1 сутки после окончания работ.
Технология поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня
Основным отличием новой технологии устройства поверхностной обработки является синхронное, практически одновременное распределение вяжущего и россыпь щебня (рис. 3).
Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов
Рис. 3. Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов
При устройстве поверхностной обработки традиционными методами разрыв во времени между распределением вяжущего и россыпью щебня лимитируется временем остывания горячего битума и может достигать 1 часа.
При синхронном распределении вяжущего и щебня разрыв между этими операциями не превышает 1 сек, что существенно сказывается на повышении качества поверхностной обработки, как при использовании в качестве вяжущего горячего битума, так и битумной эмульсии.
Повышение качества при использовании в роли вяжущего горячего битума объясняется тем, что за столь короткий промежуток времени битум не успевает остыть и сохраняет жидкую консистенцию и высокую клеящую способность. В результате битум хорошо проникает в микропоры щебня и покрытия, обволакивает каждую щебенку и прочно приклеивает их к покрытию и одну к другой.
Битумощебнераспределитель Twinsealer фирмы Rincheval (Fayat Group), Франция
Уплотнение уложенного слоя также происходит при горячем состоянии битума, что обеспечивает максимальный эффект уплотнения.
При использовании в роли вяжущего битумной эмульсии высокое качество поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня объясняется тем, что за столь короткий промежуток времени распад эмульсии только начнется, и эмульсия в жидком состоянии заполнит все микропоры щебня и покрытия, покроет каждую щебенку тонким слоем вяжущего и обеспечит возможность хорошего уплотнения слоя поверхностной обработки.
Синхронное распределение решает все проблемы организации и координации работ, возникающие при асинхронном распределении, поскольку при каждой остановке в распределении щебня автоматически прекращается и распределение вяжущего. Существенно сокращаются простои из-за климатических условий и повышается производительность работ. Это важно при использовании вяжущих высокой вязкости, но особенно важно при работе в неблагоприятных погодных условиях.
Синхронное распределение вяжущего и щебня благоприятно сказывается на формировании сопряжения между вяжущим и щебнем, что гарантирует высокие эксплуатационные характеристики поверхностной обработки, уменьшает риск неудачи работ из-за разницы температур основания и вяжущего, а также из-за наличия сухих тонкодисперсных фракций при устройстве поверхностных обработок с использованием эмульсий.
Битумощебнераспределитель Twinsealer фирмы Rincheval (Fayat Group), Франция
Битумощебнераспределитель Twinsealer фирмы Rincheval (Fayat Group), Франция
Опыт показывает, что высокий уровень качества поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня позволяет добиться поразительных результатов, когда тонкий слой щебня и вяжущего выдерживает интенсивное воздействие колес автомобилей в течение 10–15 лет.
Таким образом, синхронное распределение вяжущего и щебня с временем задержки в 1 секунду является самым важным нововведением в практике поверхностной обработки за последние 20 лет.
Для реализации идеи поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня фирма SECMAIR разработала и выпускает широкую номенклатуру битумощебнераспределителей различной производительности, а также других машин для содержания и ремонта дорожных покрытий с использованием щебня, обработанного битумом или битумной эмульсией.
Выпускаемые машины могут работать при движении передним ходом или при движении задним ходом (рис. 4).
Принципы работы машин для поверхностной обработки
Рис. 4. Принципы работы машин для поверхностной обработки
Учитывая значительный интерес российских дорожников к внедрению технологии поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и битума, французская фирма SECMAIR и ГУП Саратовский научно-производственный центр «Росдортех» создали в г. Саратове совместное производство машин типа Chipsealer.
В 1999 г. начат выпуск следующих машин:
Chipsealer-40. Это высокопроизводительное оборудование, предназначенное для устройства шероховатых поверхностных обработок в больших объемах. Оборудование Chipsealer-40 монтируется на базе полуприцепа Caizer и обладает полностью автономной системой энергообеспечения. За один цикл загрузки кузова щебнем позволяет выполнять поверхностную обработку на полосе шириной 3,75 м длиной до 800 м за 10 минут.
Chipsealer-26 выполнен на базе российского полуприцепа СЗАП – 9905. В качестве автомобиля-тягача могут использоваться седельные тягачи МАЗ и КамАЗ. Имеет такие же характеристики, как и Chipsealer-40, но меньшие габариты кузова для щебня и резервуара для вяжущего.
Chipsealer-19 – предназначен для выполнения ремонта дорожных покрытий и устройства шероховатых поверхностных обработок в небольших объемах.
Машины типа «Стоппер»
Применяются для сдерживания эрозии покрытия на ранней стадии путем устройства местной поверхностной обработки на участках шелушения и выкрашивания покрытия, появления мелких трещин, сетки трещин, мелких выбоин и колей. Машина имеет на одном шасси емкость для вяжущего, кузов для щебня, грейферный ковш для загрузки щебня в кузов и распределительные устройства для нанесения битума и щебня (рис. 5).
Оборудование машины типа "Стоппер"
Рис. 5. Оборудование машины типа «Стоппер»
1 – теплоизолированный бак для вяжущего;
2 – грейферный ковш для погрузки щебня;
3 – кузов для щебня;
4 – площадка оператора;
5 – распределитель вяжущего;
6 – распределитель щебня;
7 – пневматический каток;
8 – направление движения
Еще одним отличием является наличие у «Стоппера» уплотняющего блока из 8 пневматических гладких колес, которые при помощи 4 гидравлических домкратов опускаются на поверхность в рабочее положение и поднимаются вверх в транспортное положение. Это особенно важно для ускоренного формирования ремонтного слоя в холодном и влажном климате. В сухом и жарком климате указанное формирование происходит под действием движущегося транспорта, и необходимость в уплотняющем блоке отпадает. Кроме того, «Стопперы» приспособлены для проведения локального ремонта с применением поверхностной обработки.
Машины для устройства поверхностной обработки
Для устройства поверхностной обработки традиционным способом, т.е. с раздельным распределением вяжущего и щебня, используют автогудронаторы и распределители щебня.
Автогудронаторы различают и выбирают по:
вместимости цистерны (грузоподъемности);
ширине распределения вяжущего; при этом, как правило, выбирают ширину распределения равной ширине полосы движения дороги или на 5–10 см меньшую.
Распределители щебня различают по:
вместимости (емкости) бункера для щебня;
ширине распределения щебня; при этом, как правило, ширину распределения щебня принимают равной ширине распределения вяжущего;
типу хода (движения): прицепные и навесные базовые машины. Как правило, в качестве базовых машин для прицепных и навесных распределителей щебня используют автомобили-самосвалы.
Для устройства поверхностной обработки методом синхронного (одновременного последовательного) распределения вяжущего и щебня используют битумо-(эмульсие)-щебнераспределители.
Битумощебнераспределители различают по:
ширине обработки, т.е. по соответствию (кратности) этого параметра ширине проезжей части автомобильной дороги;
емкости (вместимости) бака для вяжущего и бункера для щебня;
методу загрузки щебнем, т.е. использованию специальных загрузочных машин для загрузки щебня в бункер или специального самозагрузочного оборудования.
Рис. 6. Выработка машин по загрузке эмульсией и щебнем
На рис. 6 представлены графики выработки (в тыс. м2) всех трех типов машин: автогудронаторов, распределителей щебня и битумо-(эмульсие)-щебнераспределителей при норме розлива битумной эмульсии в 1,4 и 2,1 л/м2 и норме распределения щебня в 10,0 и 15,0 кг/м2. В зависимости от ширины розлива вяжущего и распределения щебня на рис. 6 представлены также выработка в пог. м полосы обработки.
Представленные графики с учетом величин вместимости бака для вяжущего и бункера для щебня и битумощебнераспределителей показывают, что вместимость бака для вяжущего обеспечивает значительно большую выработку, чем вместимость бункера для щебня. Таким образом, бункер для щебня должен быть заполнен несколько раз для обеспечения выработки вяжущего. Соотношение выработок по вяжущему и щебню для различных битумощебнераспределителей колеблется от 2,0 до 9,5. Поэтому значительное влияние на сменную выработку (производительность) оказывает метод загрузки щебня.
Совместная работа автогудронатора и прицепного щебнераспределителя ЗАО "Бецема", загружаемого из самосвала
Совместная работа автогудронатора и прицепного щебнераспределителя ЗАО «Бецема», загружаемого из самосвала
При загрузке щебня в бункер щебнераспределителя (без самозагрузки) на базе с использованием одноковшового фронтального погрузчика или крана с грейфером (челюстным ковшом), т.е. с двойным пробегом от места работы до базы и обратно, затраты времени на одну загрузку составляют от 40 минут до 1 часа 20 минут.
При загрузке щебня в бункер битумощебнераспределителя на месте работ с использованием самозагрузки или с использованием автомобиля-самосвала с краном-манипулятором, оснащенным грейфером, затраты времени на одну загрузку составляют от 10 до 15 минут.
При загрузке щебня в бункер битумощебнераспределителя с самозагрузкой из приемного бункера, расположенного сзади машины и загружаемого из автомобиля-самосвала, даже при остановке битумощебнераспределителя, затраты времени на одну загрузку составляют от 2 до 6 минут.
При расчете загрузка вяжущего совмещена с загрузкой щебня, т.е. производится через две–девять загрузок щебня, скорость движения битумощебнераспределителя принята равной 4 км/ч = 1,1 м/сек = 66 м/мин., ширина распределения принята равной 3 м, коэффициент использования по времени принят равным 0,8 (при загрузке на базе) и 0,6 (при загрузке на дороге), что связано с необходимостью и большой сложностью ритмичной подачи материалов, применением дополнительных машин (автомобилей-самосвалов, автобитумовозов).
ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ЩЕБНЯ
Технологии производства высококачественного щебня
Щебень – наиболее широко используемый продукт добычи и переработки нерудных строительных материалов.
Объемы производства щебня в мире превышают 3 млрд. м3 в год. Интересной особенностью щебня как продукта, производимого из природного минерального сырья, является то, что цены на него во всем мире за последние 50 лет выросли в 2,5–3 раза. В то же время цены на большинство продуктов, производимых на базе минерального сырья (например, черные и цветные металлы), за это же время упали в 3–5 раз.
Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.
Щебень для дорожного строительства
Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.
Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:
щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40, 0–70 мм);
щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и магматические горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);
щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (магматические и частично метаморфические горные породы крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть «кубовидным».
Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.
За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.
В соответствии с президентской программой «Дороги России XXI века» СоюздорНИИ был произведен расчет потребности в дорожно-строительных материалах, в том числе в различных видах щебня. В таблице 1 приведена потребность в щебне узких фракций кубовидной формы из магматических горных пород для различных регионов России.
Наименование региона Значение потребности по годам и периодам
2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2001–05 гг. 2006–10 гг. 2011–20 гг. 2001–20 гг.
Центр 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 12,5 25,8 96,6 134,9
Северо-Запад 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 5,9 10,6 38,88 55,3
Поволжье 1,7 1,8 1,9 1,9 2 9,3 16,2 70,3 95,8
Северный Кавказ 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7 3,2 7,7 23,7 34,6
Урал 1,5 1,6 1,6 1,6 1,7 8 14,4 52,9 75,3
Сибирь 1,4 1,4 1,4 1,6 1,7 7,5 15,5 57,7 80,7
Дальний Восток 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 3,8 6,7 30 40,5
Всего щебня: 9,3 9,6 10 10,4 10,9 50,2 96,9 370 517,1
В среднем за год по периодам: 10 19,4 37 25,8
Таблица 1
Потребность в щебне узких фракций кубовидной формы (млн м3) для развития сети автомобильных дорог по регионам России (2001 – 2020 гг.)
В настоящее время протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в России составляет около 600 тыс. км, и основная часть щебня кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание. Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.
Современная практика показывает, что щебень из магматических горных пород для дорожного строительства в нашей стране производится в основном на стационарных дробильно-сортировочных заводах, расположенных вблизи месторождений, главным образом на северо-западе России и на Урале.
Мобильная камнедробильная установка для получения кубовидного щебня на площадке ООО "ЭнСиСи Индустри" (Санкт-Петербург)
Мобильная камнедробильная установка для получения кубовидного щебня на площадке ООО «ЭнСиСи Индустри» (Санкт-Петербург)
Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности, разрабатывающими месторождения магматических горных пород, показывает, что они в основном производят щебень в виде фракций 5–20 мм и 20–40 мм, в отдельных случаях – фракций 5–10, 10–20 и 5–15 мм. К щебню фракции 5–20 мм, используемой для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожно-строительных организаций.
Производимый щебень фракции 5–20 мм обычно сильно закрупнен. Это не позволяет подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен выпускаться в виде узких фракций (5–10, 10–15, 15–20 мм). Из узких фракций сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава.
Поставляемый щебень фракции 5–20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы – 25–40% и более. Повышенное их содержание отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Они обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными и поэтому в процессе строительства и при эксплуатации дорог разрушаются, что может приводить к образованию поверхностей, не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действии затем попеременного замораживания-оттаивания.
Асфальтобетонные смеси на кубовидном щебне (группа I) обладают лучшей уплотняемостью по сравнению с щебнем групп II и V за счет взаимного перемещения и взаимозаклинивания зерен.
В связи с этим действующая нормативно-техническая документация ограничивает содержание в смесях зерен лещадной формы: 15% - для смесей типа А, 25% – типа Б, 35% - для смесей типа В.
Особенно отрицательно действие зерен лещадной формы проявляется при поверхностной обработке асфальтобетонных покрытий с использованием фракционированного щебня, когда при укладке материала разрушается большая часть таких зерен. В этом случае их содержание в щебне не должно превышать 10%.
Отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона оказывает и повышенное количество пылевато-глинистых примесей, которые препятствуют контакту битума с поверхностью щебня. Поэтому их содержание не должно превышать: 1% – для приготовления асфальтобетонной смеси; 0,5% – для поверхностной обработки.
Дробильно-сортировочная установка с дробилкой КИД-900 на Абзаковском карьере
При формировании структуры асфальтобетона щебень является главным компонентом, определяющим устойчивость минерального остова. Лабораторными исследованиями установлено, что коэффициент внутреннего трения tg ц зависит от зернового состава асфальтобетона. На него практически не влияет вязкость применяемого битума и асфальтового вяжущего вещества. В асфальтобетонах с остаточной пористостью 3,0–3,5% коэффициент внутреннего трения возрастает при увеличении содержания кубовидных зерен щебня.
Высокие показатели внутреннего трения обеспечивают плотные асфальтобетоны типа А на основе дробленых каменных материалов и специальные многощебенистые составы, например щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) по ТУ 5718.030.01393697-99.
В щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях высоко содержание прочного фракционированного щебня (70–80%) с улучшенной (кубовидной) формой зерен, что создает устойчивый каркас. Повышенное содержание минерального активированного порошка (8–15%) и битумного вяжущего (не менее 5,5%) значительно уменьшает количество пустот в уплотненном слое покрытия. Для структурирования и стабилизации битумного вяжущего рекомендуется вводить специальные стабилизирующие добавки, например волокна.
Структура ЩМА оптимально сочетает максимальную жесткость минерального остова и высокую пластичность асфальтового вяжущего. Повышенное содержание прочного кубовидного щебня призвано обеспечивать высокое сцепление с колесом автомобиля, шероховатость, сдвигоустойчивость и износостойкость покрытия, а увеличенное количество асфальтового вяжущего вещества (мастики) – повышать водо- и морозостойкость, водонепроницаемость, устойчивость к деформациям и усталостную стойкость защитного слоя. При устройстве шероховатых покрытий важно обеспечить повышенные требования к свойствам каменных материалов. Щебень должен быть изготовлен из горных пород, обладающих высокой износостойкостью, иметь кубовидную форму, быть однородным по прочности, трудношлифуемым и не иметь загрязняющих примесей. Содержание зерен лещадной формы в нем должно быть ограничено. Щебень должен обладать хорошо выраженной шероховатостью естественного скола, поэтому предпочтение отдается горным породам зернистой кристаллической структуры, а также породам, способным оставаться шероховатыми за счет компонентов разной твердости согласно ВСН 73-67.
Комплектная технологическая линия на основе дробилки КИД-1200М на ОАО "Павловскгранит", Воронежская область
Комплектная технологическая линия
на основе дробилки КИД-1200М на ОАО «Павловскгранит», Воронежская область
Для реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) АО «Центродорстрой» были использованы три дробильно-сортировочные установки фирмы «Сведала» и налажено производство улучшенного щебня из габбро-диабаза. Получаемый щебень фракции 5–10 и 10–15 мм с лещадностью менее 15% применяли в асфальтобетонной смеси типа А на полимерно-битумном вяжущем для устройства верхнего слоя покрытия взамен ранее использовавшегося гранитного щебня фракции 5–20 мм. По результатам контроля качества верхнего слоя покрытия МКАД можно судить о влиянии качества щебня на свойства асфальтобетона.
Асфальтобетонное покрытие стало более сдвигоустойчивым, хотя максимальная крупность применяемого в смеси щебня была снижена с 20 до 15 мм. Среднее значение угла внутреннего трения повысилось примерно на 1,5°, а разброс этого показателя снизился почти в 2 раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях для МКАД возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С повысился в среднем на 0,3 МПа, а его вариация не превысила 12%.
Применение более качественного щебня в асфальтобетоне позволило снизить вероятность образования колеи в верхнем слое покрытия даже в форс-мажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей.
Щебень для производства бетонов
Щебень как крупный заполнитель бетонов, образуя жесткий скелет, увеличивает его прочность и модуль деформации, уменьшает ползучесть, усадку, повышает его долговечность, сокращает расход цемента.
Мелкий заполнитель – песок – оказывает влияние на реологические свойства бетонной смеси – вязкость, предельное напряжение сдвига бетона, а также на его плотность.
Форма зерен крупного заполнителя непосредственно влияет на удобоукладываемость бетонной смеси. Кроме этого, щебень с зернами плоской (лещадной) или игловатой формы имеет значительно большую пустотность, чем щебень с зернами кубовидной формы. По данным ВНИИЖелезобетона, объемный насыпной вес щебня с содержанием зерен плоской и игловатой формы до 15% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы.
Объемный насыпной вес щебня, состоящего полностью из зерен плоской или игловатой формы, на 9–10% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы. Указанные факторы вызывают увеличение расхода цемента. Поэтому, хотя форма зерен крупного заполнителя, по данным ряда исследований, не оказывает значительного влияния на прочность бетона, ей должно быть уделено серьезное внимание.
В щебне для дорожного бетона содержание зерен плоской и игловатой формы допустимо до 25%, для асфальтобетона - до 15%, для оснований дорог (необработанных) – до 25%.
Следует отметить, что принятое ограничение содержания в щебне зерен плоской и игловатой формы с отношением большего и меньшего размеров выше 3 не полностью характеризует форму зерен. В этой связи представляет интерес принятая в некоторых зарубежных стандартах оценка формы зерен по так называемому «индексу формы», то есть среднему отношению наибольшего и наименьшего размеров зерен пробы. Такая оценка позволяет судить о форме всего количества зерен щебня.
По бельгийскому стандарту NB № 329, 1962 щебень подразделяется на три категории: обычный, недодробленный и передробленный кубической формы (табл. 2).
Размер фракций в мм Категория щебня
обычный недодробленный передробленный кубической формы
8–16; 8–12; 12–16 0,275 0,39 0,45
16–22 0,275 0,425 0,485
22–40 0,35 0,425 –
40–63 0,35 – –
Таблица 2
Наименьшие значения «индекса формы» для различных категорий щебня (по бельгийскому стандарту NB № 329, 1962)
Как видно из данных таблицы, к обычному щебню практически не предъявляются требования к форме зерен (он может быть отнесен к щебню плоской и игловатой формы по нашим стандартам), но к щебню более высоких категорий требования к форме зерен довольно жесткие.
В ряде работ отмечается отрицательная роль плоских и удлиненных заполнителей, применение которых снижает прочность и повышает расход цемента, а также ухудшает морозостойкость бетона. С учетом этого при строительстве бетонного полотна автомобильных дорог должно быть обеспечено отсутствие в щебне кусков лещадной и игловатой формы, исходя из того, что бетонная смесь с такими заполнителями становится неудобоукладываемой, плохо уплотняется и в бетоне остаются раковины, борьба с которыми требует увеличения расхода цемента.
Для проверки влияния на параметры бетона наличия в щебне кусков лещадной формы в институте ВНИИЖелезобетон были выполнены исследования. В опытах использовался щебень из природных горных пород. Результаты показали, что прочность бетона по мере увеличения в щебне содержания кусков лещадной формы (до 50 и 100%), как правило, снижается с одновременным снижением объемного веса бетона, то есть при недоуплотнении бетонной смеси. Наличие в большом количестве (более 50%) щебня лещадной формы затрудняло уплотнение бетона, а это приводило к снижению прочности.
Отрицательное воздействие наличия в щебне более 50% кусков лещадной формы объясняется укладкой щебня в основном плашмя, черепицеобразно, что затрудняет взаимное скольжение смежных кусков и требует увеличения мощности вибрационного оборудования.
Сравнительные физико-механические свойства щебня различной лещадности приведены в табл. 3.
Свойства Щебень лещадный Щебень кубовидный
Содержание зерен лещадной и игловидной формы, % 89 0
Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии (в цилиндре), МПа 40–60 120
Дробимость при сжатии в цилидре,% 15–22 2–5
Показатель сопротивления щебня удару на копре ПМ 41–152 120–370
Износ в полочном барабане, % 18–29 15–20
Морозостойкость, марка 25 300
Таблица 3 Физико-механические свойства щебня различной лещадности
Поверхностная обработка
Асфальтобетонное покрытие под воздействием транспорта и атмосферных факторов претерпевает существенные изменения, которые сводятся к износу покрытия и повышению хрупкости асфальтобетона, появляются трещины, наблюдается повышенный износ и шелушения. Это характерно и для участков покрытия, на которых уложена асфальтобетонная смесь с недостаточным содержанием битума. Одним из мероприятий по обеспечению стабильности свойств асфальтобетона является поверхностная обработка для защиты от непосредственного воздействия транспортных средств и атмосферных факторов.
Для поверхностной обработки применяют шлаковый щебень размером до 25 мм, полученный при дроблении металлургических шлаков. Щебень подбирают по крупности с учетом назначения и вида поверхностной обработки. Используют щебень как обработанный, так необработанный. Лучшие результаты достигаются при применении щебня, обработанного органическими вяжущими. Черный щебень возможно приготавливать в асфальтосмесителях в стационарных условиях и непосредственно на месте работ.
В зависимости от принятого способа производства работ выбирают вязкость битума. Так, черный щебень, обработанный битумом БНД 130/200, БНД 90/130 или дегтем Д-6, применяют только в горячем состоянии при температуре выше 120 °С; при обработке битумом БНД 200/300 его укладывают при 60-100 °С; при обработке битумом МГ 70/130 или (Т 130/200 и дегтем Д-5 черный щебень укладывают в холодном состоянии. Применение горячего и теплого черного щебня обеспечивает наилучшее качество покрытия, однако это связано с организационными трудностями. Ориентировочное количество битума для приготовления черного щебня составляет 1,5-2% от массы щебня.
Устройство поверхностной обработки заключается в розливе по предварительно очищенному основанию органического вяжущего, россыпи тонким слоем минерального мелкозернистого материала и последующего уплотнения слоя катками самоходными двухвальце-выми с гладкими вальцами массой до 6 т. Окончательное формирование слоя поверхностной обработки происходит под влиянием солнечной радиации и воздействием транспортных средств. Вяжущий материал и его вязкость назначают в зависимости от климатических и погодных условий, химико-минералогического состава и структурно-текстурных признаков минерального материала.
Процесс формирования поверхностной обработки канд. техн. наук В. Т. Кузьмичев 1 условно разделяет на три этапа.
Первый этап характеризуется сравнительно слабым прилипанием вяжущего к минеральным зернам из-за незначительной площадки контакта между ними, а также малой вязкостью вяжущего.
В этот период наблюдается отрыв щебенок под воздействием касательных усилий колес автомобилей.
Второй этап характеризуется устойчивым положением щебенок, перераспределением вяжущего в верхнюю часть слоя за счет сил межмолекулярного притяжения, увеличением вязкости вяжущего и уплотнения автомобильным транспортом. Второй этап даже в сухую теплую погоду продолжается около двух недель.
Третий этап - слой поверхностной обработки полностью сформировался. В этот период слой работает на истирание. Шероховатость слоя износа постепенно уменьшается вследствие вдавливания крупных зерен в покрытие и их полируемости, изменения гранулометрического состава щебня, который частично истирается и раздавливается сначала при укатке жесткобарабанными катками, а затем колесами автомобилей.
Следовательно, для обеспечения высокого качества поверхностной обработки необходимо, чтобы вяжущее хорошо смачивало минеральный материал и образовывало прочные устойчивые связи на границе раздела битум -поверхность щебня. Это достигается подбором минеральных материалов, способных активно взаимодействовать с вяжущим, введением поверхностно-активных веществ (ПАВ) в вяжущее или активаторов на поверхность зерен щебня.
Нефтяные битумы сравнительно плохо прилипают к поверхности щебенок из кислых пород и лучше из основных пород. Основные металлургические шлаки активно взаимодействуют с битумом. Между ними возможно возникновение химических связей. Анионак-тивные компоненты битума способны образовывать новые химические соединения с положительными ионами, входящими в состав шлака. Большая развитость поверхности шлаковых щебенок способствует проявлению механической адгезии.
Добавка активаторов (извести или цемента) к щебню из кислых шлаков для улучшения сцепления его с вяжущим составляет 2-3% массовой доли. ПАВ добавляют в битум при его подогреве перед розливом; массовая доля их 1 -10%. Значительно улучшают сцепление, применяя шлаковый щебень, предварительно обработанный вяжущим в асфальтосмесителе.
При использовании щебня из металлургических шлаков для устройства поверхностной обработки наиболее широко применяют следующий способ производства работ. Перед началом работ покрытие или основание тщательно очищают от грязи и пыли, а движение переводят на объезд, который во избежание попадания пыли на место работ систематически поливают водой.
Битум БНД 130/200 в количестве 1,1-1,2 л/м2 разливают автогудронаторами, после чего сразу рассыпают щебень в количестве 1,3-1,5 м3 на 100 м2 поверхности и начинают прикатку дорожными катками самоходными с гладкими вальцами массой до 6 т по три-четыре прохода по одному следу. Вязкость вяжущего при температуре воздуха выше 25 °С должна быть в пределах 120-150 ° глубины проникания иглы. В более прохладную погоду глубина проникания должна быть в пределах 150-200 град. Распределение щебня по разлитому битуму должно быть закончено в течение 30 мин.
Пвижение транспорта открывают по готовому участку не ранее, цем через 6-10 ч после того, как битум остынет.
В случае дождя в период окончания работ или ночью, а также на второй день следует немедленно закрыть движение по готовому участку до установления сухой и теплой погоды. После установления соответствующей погоды необходимо повторить уплотнение слоя износа двумя-тремя проходами катка и только после этого открыть движение.
При применении шлакового щебня для устройства поверхностной обработки необходимо учитывать его специфические свойства. Все зерна шлакового щебня имеют различную пористость. Согласно приведенным ранее данным, пористость плотных и плотно-пористых разностей достигает 10%, ноздревато-пористых 15-25%, а пемзоподобных до 50%. Водопоглощение этих шлаков изменяется в пределах 1,5-20%. Характер пор у шлакового щебня самый различный. Поры могут быть закрытыми (замкнутыми) и открытыми. Закрытые поры изолированы от открытых и не сообщаются между собой и окружающей средой. Открытые поры сообщаются с окружающей средой, что и необходимо учитывать.
Наличие в щебне различных по диаметру пор обусловливает капиллярные явления, приводящие к отсосу в глубь зерен низкомолекулярных компонентов битума. Если диаметр капилляров меньше 200 А°, происходит фракционирование битума. На наибольшую глубину внутрь зерен проникают масла, на меньшую смолы и у поверхности концентрируются асфальтены. Вязкость пленочного битума на зернах значительно больше, чем на плотных шебенках из плотных горных пород. Поэтому при использовании шлакового щебня для устройства поверхностей обработки вязкость битума должна быть меньше, чем для щебня из плотных горных пород.
Пористость шлакового щебня существенным образом влияет и на процессы формирования слоя поверхностной обработки. В случае плотного щебня смачивание зерен битумом происходит по наружной поверхности щебня, в то время как при пористой текстуре вначале происходят капиллярные явления, а затем после заполнения пор происходит смачивание битумом периметра зерен. Следовательно, формирование поверхностной обработки на шлаковом щебне протекает медленнее. Кроме того, зерна шлакового щебня всегда покрыты пленкой из пылеватых частиц, которая также замедляет процессы смачивания.
В связи с этим для устройства поверхностной обработки шлаковым щебнем наиболее целесообразно применять щебень, предварительно обработанный органическими вяжущими. В этом случае имеются все условия для быстрого формирования слоя. Для обработки шлакового щебня применяют каменноугольные дегти Д-2, Д-3 или битумы МГ 25/40 и МГ 40/70 в количестве 1,1-=-1,3% от массы щебня. Норму розлива вяжущего составляет 1,0 л/м2 покрытия, ориентировочно на 10-15% больше, чем для щебня из магматических горных пород.
Опытные участки поверхностной обработки, выполненные при ремонте дорог с асфальтобетонным покрытием в Донбассе, показали, что поверхностная обработка щебнем из доменных шлаков значительно лучше, чем обработка щебнем из местных известняков и песчаников.
Необходимость применения шлакового щебня была вызвана от-сутствием щебня из магматических горных пород.
На основании данных, полученных при эксплуатации опытных участков, в дальнейшем шлаковый щебень применяли в более ши-роких масштабах, исчисляемых сотнями километров.
Применение шлакового щебня для устройства поверхностной обработки экономически выгоднее по сравнению с аналогичными участками поверхностной обработки с использованием гранитного щебня, а также щебня из известняков. Если стоимость 1 м2 поверх-1 ностной обработки с гранитным щебнем составляет 0,421 руб., то со щебнем из известняков это будет 0,87, а на шлаковом щебне 0,72 от стоимости эталона.
Применение щебня из известняков и песчаников для устройства поверхностной обработки приводит к формированию защитных слоев, не обладающих достаточной шероховатостью за счет дробления разнопрочных зерен щебня при укатке, в то время как со шлаковым щебнем возможно получить покрытие с шероховатой поверхностью. В процессе переработки доменного шлака на щебень менее прочные зерна разрушаются и отгрохачиваются, т. е. происходит обогащение щебня по прочности.
На основании данных по эксплуатации участков асфальтобетонных покрытий с поверхностной обработкой шлаковым щебнем шероховатость покрытия сохраняется на отдельных участках в течение 2-3 лет.
Необходимо отметить, что почти на всех обследованных участках поверхностной обработки наблюдается лишнее количество битума, который заполняет-межзерновое пространство и уменьшает шероховатость покрытия, а в некоторых случаях полностью выравнивает поверхность покрытия и размягчает верхний слой. Шлаковый щебень хорошо приклеивается к битумной пленке и только лишний щебень сбрасывается транспортными средствами на обочину. Однако формирование поверхностной обработки за счет пористости зерен несколько затормаживается и, если температура воздуха падает, это может привести к разрушению поверхностной обработки. Подобные явления наблюдаются только при норме розлива вяжущего, необходимой для формирования шероховатой поверхностной обработки, т. е. 1,1 -1,3 л/м2. При большем расходе битума шлаковый щебень хорошо удерживается на поверхности покрытия, но это приводит к ликвидации шероховатости. Если поверхностная обработка устраивается щебнем, предварительно обработанным вяжущим, формирование слоя заканчивается значительно быстрее, разрушений не наблюдается, а шероховатость хорошо сохраняется в течение 2-3 лет.
