Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ И ПУТИ ЕЁ РЕШЕНИЯ

Ястремский Д.А. 1 Абайдуллина Т.Н. 1 Чепур П.В. 2
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
2 Тюменский государственный нефтегазовый университет
В строительстве автомобильных дорог широкое применение и популярность имеет щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА). ЩМА является разновидностью асфальтобетона, отличающегося повышенной каркасностью, долговечностью и устойчивостью к различным внешним воздействиям. В России данный материал появился относительно недавно, но уже по достоинству завоевал отечественный рынок. К?концу 60-х годов прошлого столетия обострилась проблема повышения устойчивости асфальтобетонных покрытий к возрастающим нагрузками и интенсивности движения автомобилей, связанным в том числе с увеличением доли грузовых автомобилей в транспортном потоке. В?связи с этим покрытие теряет свою эксплуатационную пригодность гораздо раньше нормативного срока, поэтому актуальным вопросом в настоящее время становится разработка современной стабилизирующей добавки для улучшения физико-механических свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона.
асфальтобетон
щебеночно-мастичный асфальтобетон
стабилизирующая добавка
гранулы
долговечность
ЩМА
1. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетоны щебеночно-мастичные. Технические условия. – 2003-05-01. – М.: МНТКС, 2003. – 32 с.
2. Кирюхин Г.Н., Балашов С.Ф., Сокальская М.Б. Устройство слоев износа из горячих щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей // Труды СоюздорНИИ. Юбилейный выпуск. – М., 2001. – С. 76–84.
3. Кирюхин Г.Н., Смирнов Е.А. Покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона. М.: ООО Изд-во «Элит», 2009. – 176 с.
4. Костин В.И. Щебеночно-мастичный асфальтобетон для дорожных покрытий. – Нижний Новгород: НГАСУ, 2009. – 67 с.
5. Костин В.И. Щебеночно-мастичный асфальтобетон для дорожных покрытий: учебное пособие по курсу «Новые технологии в дорожном строительстве» для студентов специальности 270205 – «Автомобильные дороги и аэродромы» и слушателей системы дополнительного профессионального образования. – Н. Новгород, издание ННГАСУ, 2009. – 65 с.
6. Мухаметханов А.М., Нугманов О.К., Гаврилов В.И. Способ получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 6. – С. 204–210.
7. Ястремский Д.А., Абайдуллина Т.Н., Пахомов И.А. Изучение вида и типа стабилизирующих добавок в ЩМА смесях // Сборник материалов XV научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов, соискателей и магистрантов. – Тюмень: ТюмГАСУ, 2015. – С. 213–218.
8. Asphalt | Taschenkalender: BGA. Bonn, 2003.
9. Splittmastixasphalt,-Dr.-Ing. K.H. Kolb die Herren H. Erhard, F. Hoggenmuller, O. Kast und andere. / LEITFADEN. Deutscher Asphaltverband (DAV), 27 р.

Проблема повышения долговечности асфальтобетонных покрытий, несомненно, обладает актуальностью в настоящее время, как в России, так и за рубежом. Более того, в связи с развитием сети автомобильных дорог важность этой проблемы возрастает с каждым годом. Асфальтобетон – самый распространённый материал в дорожном строительстве. За период с 2006 по 2015 г., по данным Росстата, объем производства асфальтобетонных смесей в России увеличился на 54 % и достиг почти 40 млн т в год. Несмотря на многочисленные преимущества данного материала, в последнее время очень актуальна проблема повышения его качества. В условиях современного скоростного интенсивного движения с каждым днём увеличивается масса транспортных средств и их количество, в то время как нормативная документация остаётся без изменений. Под влиянием жёсткого климата Западной Сибири (широкий спектр изменения температур в течение всего года, значительное количество осадков, суточные перепады температур) наблюдается ускоренное разрушение, интенсивное старение и уменьшение срока службы покрытий, что при учёте объёма производства приводит к огромным затратам. Несомненно, возникает также проблема безопасности движения. В связи с этим остро встаёт вопрос повышения качества материалов для устройства дорожных покрытий. Одним из способов решения этой проблемы является применение щебеночно-мастичных асфальтобетонов с различными стабилизирующими добавками, улучшающими свойства асфальтобетона и покрытия в целом.

В настоящее время в нашей стране накоплен большой опыт в сфере модификации асфальтобетона. Следует особо отметить исследования учёных, таких как П.А. Ребиндер, И.М. Руденская, Н.Б. Урьев, А.С. Колбановская, которые занимались разработкой различных способов модификации битума, в том числе добавок, влияющих на сцепление битума с каменными материалами из кислых и основных пород. Такие ученые, как М.И. Волков, И.В. Королёв, А.М. Богуславский, Н.В. Горелышев, внесли значительный вклад в развитие теории структурообразования асфальтобетона. Огромное значение имеют работы И.М. Борща, Л.Б. Гезенцвея, И.М. Кучмы, Г.К. Сюньи, которые занимались разработкой технологических приемов дисперсного армирования асфальтобетонных смесей, предусматривающих введение в рабочую зону асфальтосмесительной установки полимерного материала не в виде волокон, как это осуществлялось ранее, а в виде расплава или раствора, что существенно повысило адгезию нефтяного битума к поверхности армирующих полимеров. Среди заграничных работ стоит выделить труды, написанные в США, где изучением асфальтобетона занимаются крупные организации и ассоциации.

Тем не менее значительная часть указанных разработок осталась на стадии лабораторных исследований и не получила внедрения в производственную деятельность.

Целью данной работы является исследование проблемы долговечности асфальтобетонного покрытия и определение путей и методов ее решения в настоящее время.

С каждым годом увеличивается интенсивность движения и средняя величина нагрузки на ось грузовых автомобилей. В таких условиях вполне очевидна необходимость улучшения физико-механических свойств асфальтобетона. Как в России, так и за рубежом всё большую популярность набирает щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА). ЩМА является разновидностью асфальтобетона, который отличается повышенной каркасностью. По сравнению со смесями, приготовленными по ГОСТ 9128-2013, ЩМА имеет повышенное содержание битума (5,5–7,5 %), которое препятствует проникновению влаги, за счёт чего повышается водо-, морозостойкость, трещиностойкость, повышается устойчивость к старению материала и щебня (70–90 %), что позволяет образовать прочный скелет, который в конечном итоге определяет высокую сдвигоустойчивость покрытия. Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) был разработан в 1966 году в Германии и начиная с 1970 года стал широко применяться в дорожном строительстве, получив название «Splittmastixasphalt» (SMA) [8–9].

В России первые опытные участки с покрытиями из ЩМА появились в 2000 году на дорогах М-4 «Дон», М-1 «Беларусь». В 2001 году эксперимент был продолжен на дорогах МКАД – Кашира, МКАД – Железнодорожный – Ликино, в г. Ханты-Мансийске, на мосту через реку Обь в г. Новосибирске, на стоянке воздушных судов в аэропорту Домодедово. Основные объемы дорожного строительства за 2002 год приведены в табл. 1. В это же время строятся опытные участки в Белоруссии, Украине и других странах СНГ.

Таблица 1

Объемы строительства дорожных покрытий из ЩМА в 2002 году

Наименование автодороги

Участок, км

Площадь покрытия, м2

Строительная организация

МКАД-Кашира (М-4)

72–105

474000

ОАО «Центродорстрой»

Обход г. Коломны

104–107

24000

Носовихинское шоссе

9–16

75000

ГП «Ногинский Автодор»

Москва – Санкт-Петербург

47–62,

72–85

354000

236000

ЗАО «АДС»

Волоколамское шоссе

25–30

80000

ООО «Автодор-ККБ Звенигород»

Москва – Минск (М-1)

187–198

68000

ЗАО «Труд»

Москва – Минск (М-1)

320–327

114000

ОАО «Смоленскдорстрой»

Щелковское шоссе

27–32

35000

УГП ДРСУ № 9

г. Хабаровск, ул. Комсомольская

650

Управление дорог и благоустройства

г. Южно-Сахалинск, ул. Ленина

600

МУП СДРСУ

ЩМА изготавливается на обычных асфальтобетонных заводах, оборудованных смесителями принудительного перемешивания, путем смешения в нагретом состоянии щебня, песка из отсевов дробления, минерального порошка, битума или полимерно-битумного вяжущего. Однако повышенное содержание органического вяжущего может привести к его стеканию с поверхности зёрен щебня при высоких температурах приготовления, а затем хранения и укладки смеси. Для решения этой проблемы в состав ЩМА обязательно вводят стабилизирующие добавки. Как показала практика, от качества стабилизирующей добавки зависит качество ШМА. Их структурирующее действие позволяет гомогенизировать смесь, предотвращая сегрегацию и стекание (отслоение) битумного вяжущего при высоких температурах. Основная задача таких добавок – увеличение толщины битумных плёнок, обеспечение присутствия свободного битума [2]. Процесс приготовления технологичен, экономичен и не требует каких-либо специальных дорогостоящих дополнительных устройств. Необходимо только обеспечить дозирующее устройство для ввода добавки в щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь. В процессе приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси важно как можно более точно выдерживать соотношение компонентов, установленное при подборе состава в лаборатории. Погрешность дозирования компонентов не должна превышать: для щебня ±2 %, для минерального порошка и битума ±1,5 %, для добавки волокон ±2,5 % от массы соответствующего компонента [1].

Стабилизирующую добавку вводят, как правило, в минеральную часть смеси перед объединением ее с битумом. Добавка помогает исключить отслоение и стекание вяжущего при хранении и транспортировании горячей смеси, а также улучшает однородность и физико-механические свойства ЩМА [4].

За годы своего использования ЩМА продемонстрировал прекрасные эксплуатационные качества, и в 1984 году был введен первый национальный стандарт Германии на его спецификацию и применение [2]. В России нормативным документом на ЩМА является ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия», разработчиком которого является ФГУП «СоюздорНИИ». Как было сказано выше, ЩМА не может изготавливаться без стабилизирующих добавок. В качестве стабилизирующей добавки применяют целлюлозное волокно или специальные гранулы на его основе, которые должны соответствовать требованиям технической документации предприятия-изготовителя.

Целлюлозное волокно должно иметь ленточную структуру нитей длиной от 0,1 мм до 2,0 мм. Волокно должно быть однородным и не содержать пучков, скоплений нераздробленного материала и посторонних включений. По физико-механическим свойствам целлюлозное волокно должно соответствовать значениям, указанным в табл. 2 [1].

Допускается применять другие стабилизирующие добавки, включая полимерные или иные волокна с круглым или удлиненным поперечным сечением нитей длиной от 0,1 мм до 10,0 мм, способные сорбировать (удерживать) битум при технологических температурах, не оказывая отрицательного воздействия на вяжущее и смеси [4].

Таблица 2

Нормативные значения для целлюлозных волокон

Наименование показателя

Значение показателя

Влажность, % по массе, не более

8,0

Термостойкость при температуре 220 °С по изменению массы при прогреве, %, не более

7,0

Содержание волокон длиной от 0,1 мм до 2,0 мм, %, не менее

80

На сегодняшний день известно большое количество стабилизирующих добавок для щебеночно-мастичного асфальтобетона. В настоящее время на российском рынке зарекомендовали себя следующие стабилизирующие добавки, характеристики которых приведены в табл. 3 [4].

На рисунке представлены различные виды таких добавок, а также совершенно новые, пока что не получившие широкого распространения, стабилизирующие добавки, такие как «FORTA», «OUPONT», «Армидон», различные виды резиновой крошки, синтетические волокна, фиброволокна.

Примечательно то, что все представленные в табл. 3 добавки в основном состоят из целлюлозных волокон. Именно целлюлозное волокно удерживает на своей поверхности битум, а не впитывает его. За счёт чего старение происходит медленнее, а соответственно, срок службы покрытия увеличивается.

Авторским коллективом [7] разработана новая стабилизирующая добавка на целлюлозной основе – «Армидон» с добавлением ПАВ. Это инновационный продукт, который в настоящее время проходит проверку и ряд испытаний как в лабораторных, так и производственных условиях. Уже на этом этапе можно сказать, что данная добавка показывает отличные результаты по удерживающей способности органического вяжущего, что позволяет снизить процентное содержание битума в смеси, а также улучшить прочность материла.

Таблица 3

Общая характеристика стабилизаторов ЩМАС

Производитель

Торговая марка

Описание стабилизатора

ООО «Фирма ГБЦ»

СД-1, СД-Супер

Волокна сульфатной целлюлозы (85 %), органические связки (15 %)

ЗАО Фирма «Эмка»

Гасцел

2 разновидности – гранулированное или негранулированное целлюлозное волокно

ООО «Хризотоп»

Хризотоп

Гранулы из асбестового волокна

Interchimica SRL

ITERFIBRA

Цилиндрические гранулы 6–8 мм из мелковолокнистой целлюлозы

«Antrocelas», UAB

Antrocel-G

Волокнистая масса, полученная из макулатуры и отходов

CFF Gmbh & co kg

Topcel

Масса длинно- и мелковолокнистая. Содержание целлюлозы – 80 ± 5 %.

J. Rettenmeier& Sohne GMBH & Co. (JRS Gmbh & Co.)

Viatop 66, Viatop Premium

Viatop 66 – цилиндрические гранулы 2–10 мм из мелковолокнистой целлюлозы (66 %), агломерированной дорожным битумом (34 %). Viatop Preminum – цилиндрические гранулы 4–8 мм (90 %), агломерированные дорожным битумом (10 %).

pic_60.tif

Стабилизирующие добавки для ЩМА

Вывод

Приведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что щебеночно-мастичный асфальтобетон в настоящее время является очень перспективным материалом в дорожном строительстве. Об этом свидетельствует массовое применение ЩМА в большинстве стран, в том числе и России. Благодаря своей уникальной структуре, во многих регионах нашей страны ЩМА был признан одним из лучших видов дорожного покрытия благодаря устойчивым показателям ровности, шероховатости и сцепления в процессе его эксплуатации. Учитывая ранее выполненные нами исследования, а также оригинальную научную разработку, предлагаемую авторским коллективом [7], необходимо решить следующие задачи:

– разработать стабилизирующую добавку для щебеночно-мастичного асфальтобетона, которая будет отвечать требованиям ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия», а также обеспечит повышение удерживающей способности и, следовательно, повышение долговечности покрытия;

– осуществить подбор таких компонентных материалов, которые с учётом предварительного технико-экономического обоснования не приведут к удорожанию строительства и будут конкурентоспособны.


Библиографическая ссылка

Ястремский Д.А., Абайдуллина Т.Н., Чепур П.В. ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ И ПУТИ ЕЁ РЕШЕНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 3-2. – С. 307-310;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35740 (дата обращения: 18.06.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674