РЕКОНСТРУКЦИЯ УЧАСТКА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ «ХОЛОДНЫЙ РЕСАЙКЛИНГ»

АННОТАЦИЯ

Метод работы холодного ресайклинга. Плюсы и минусы применения холодного ресайклинга.

Ключевые слова: дороги, автомобильные дороги, асфальт, асфальтобетон, холодный ресайклинг.

Эксплуатационное состояние большинства дорог на территории РФ – неудовлетворительное. Наличие значительных дефектов покрытия в виде рытвин, раковин сеток трещин требует проведения ремонта верхних слоев асфальтобетона. Во избежание повторения деформаций и дефектов основания существующего покрытия часто применяют технологию фрезерования существующих слоев дорожной одежды с последующим использованием полученной асфальтобетонной крошки для устройства нового основания и верхние слои асфальтобетона [1].

Также автомобильные дороги не могут справиться с ростом требований к пропускной способности. Почти 60% автомобильных дорог общего пользования имеют конструкцию дорожной одежды, рассчитанную под расчетную нагрузку 60 кН на ось [2]. Однако подавляющее большинство современной грузовой техники имеют значительно более высокие расчетные параметры (100 - 130 кН/ось), поэтому рост интенсивности и грузонапряженности транспортного потока без надлежащих условий удержания сети дорог приводит к возникновению и развитию значительных дорожных деформаций покрытия и разрушения дорожной одежды [3].

Изменение температуры и влаги окружающей среды, некачественное проведение ремонтных работ и несоблюдение технологии их выполнения приводит к разрушению дорожной одежды автомобильных дорог.

Возникает проблема восстановления дорожной одежды в любое время года, учитывая невозможность использования традиционных материалов, а именно – горячего асфальтобетона [5]. Таким образом, вопрос технологии и качественных материалов для восстановления эксплуатационного состояния дорожной одежды на сегодняшний день достаточно актуален [1].

Ранее наиболее распространенным способом ремонта разрушенных асфальтобетонных покрытий в РФ было устройство дополнительных слоев усиления поверх подготовленного ямочным ремонтом старого покрытия. Однако данные методики не предотвращают возможность быстрого появления на восстановленной поверхности отраженных трещин [6].

Именно проведение фрезерования существующего покрытия на глубину имеющихся дефектов и использование синтетических материалов позволяет предотвратить отображение дефектов на новом покрытии.

Технология ресайклинга совершенствуется уже на протяжении многих лет, и теперь мы можем применять самые новейшие и экономически целесообразные технологии восстановления существующей дорожной одежды [7].

За границей все большее распространение получает технология холодного ресайклинга слоев дорожной одежды нежесткого типа, при этом работы выполняются непосредственно на дороге [19].

Технология холодного ресайклинга возникла на рубеже двадцатого века на основе интеграции и обобщения существующих принципов в организации дорожно-строительных работ, которые обеспечивали требования общества на протяжении последних пятидесяти лет.

Действующие в дорожной отрасли технологии отличаются методикой, технологией операций, что требует создания многочисленных средств механического оборудования и характеризуется низкой производительностью, экономичностью и рентабельностью.

Технология холодного рециклирования – это высокая рентабельность, техническое совершенство, экологическая оправданность и высокое качество строительных работ.

Данная технология:

- многофункциональная: восстановление и улучшение работы способности, эксплуатационных характеристик существующей дорожной одежды; укрепление грунтов рабочего слоя земляного полотна; ремонт местных дорог и улучшение их состояния путем обработки покрытия цементом, вспененным битумом или битумной эмульсией;

- построена на использовании теоретических баз, сформулированных академиком П.А. Ребиндером – что для создания работоспособной структуры нового материала необходимо полностью нарушить структуру существующего материала;

- является своеобразным важным этапом в развитии дорожной отрасли: переход от энергетически высокозатратного горячего метода к экономической, экологической и энергосберегающей холодной технологии, при которой используют почти 100% материалов старой дорожной одежды;

- знаменует переход от преимущественно материально затратной технологии, по которой в основу инженерных решений входили материальные компоненты (грунт, щебень, бетон, асфальт) и их технические характеристики, к технологии процессов, по которой прежде всего регламентируются параметры технологического процесса – создание кардинально нового материала на основе старого покрытия [20].

В данной технологии гармонично соединены три ранее независимые технологические операции по введению вяжущего и воды в смесь и тщательного их перемешивания, и полностью снимается проблема загрязнения окружающей среды. В технологии холодного ресайклинга эта проблема полностью снята новейшим способом:

- сочетание в одной машине целый ряд различных технологических процессов: рыхление, измельчение, перемешивание, а также ввод и равномерное распределение как жидкого, так и пыльного вяжущего, ввод и распределение воды, приготовление, ввод и распределение вспененного битума, микропроцессорный контроль количества компонентов смеси, а также ее качества;

- дополнительно создает и использует новое техническое решение тщательное распределение битума на минеральной основе путем приготовления в самой машине вспененного битума как своеобразной эмульсии. Внедрение этой технической новинки дало реальную возможность использования битумов высокой вязкости для обработки минеральных материалов и грунтов [13].

В технологии ресайклинга технически в совершенстве использованы новейшие технические достижения при создании рабочего органа – фрезерного барабана, в котором сочетаются три независимых технологических операции измельчения, разрыхления и перемешивания, что параллельно и синхронно в одной пространственно-временной точке – фрезерном барабане.

Холодный ресайклинг экономически выгодна технология, поскольку она построена на 100% использовании материала старой дорожной одежды и имеющейся искусственной основе, поэтому требует минимального количества дополнительных материалов и транспортных расходов [18]

Преимущества холодного ресайклинга:

• экологически чистая и в этом отношении имеющая достаточно высокие преимущества перед другими технологиями;
• создает основу для восстановительных дорожных одежд и никоим образом не претендует на создание оползнестойких верхних слоев покрытий;
• относительно проста – все сложные операции выполняет машина, а внешнее управление относительно простое;
• позволяет не только ликвидировать путей, восстанавливать равенство, работоспособность и технико-эксплуатационные характеристики, но и приумножать их за счет повышения капитальности дорожных конструкций;
• позволяет широкое использование медленнотвердеющих вяжущих материалов, в первую очередь гранулированных доменных шлаков и строить конструкции дорожных одежд, которые в процессе эксплуатации повышают свои транспортно-эксплуатационные характеристики пропорционально росту нагрузки на дорогу, что способствует реальному повышению срока службы дорожной одежды;
• обеспечивает высокую производительность и качество работ, как результат рационального введения вяжущих, минеральных примесей и стабилизаторов дорожных масс, доброкачественного перемешивания компонентов смеси и микропроцессорного контроля количества ингредиентов;
• высоко интеллигентная, возвышающая культуру производства на новую ступень и открытая для дальнейшего усовершенствования [11].

Ресайклинг с применением цемента позволяет получать однородный пласт необходимой толщины, механические свойства которого близки к свойствам цементогрунта или укрепленного цементом минеральных материалов.

Технология холодного ресайклинга предполагает фрезерование существующей дорожной одежды (в отдельных случаях с захватом части несвязного слоя основания), перемешивание полученного асфальтобетонной крошки из вяжущей, распределенной смеси и ее уплотнения. Как правило, поверх регенерированного слоя укладывают защитный слой из асфальтобетона или устраивают поверхностную обработку. Холодный ресайклинг со вспененным битумом, используемым в качестве связующего вещества – признанная во всем мире технология.

Технология позволяет получить гибкие и долговечные базовые слои дорожной одежды. Будучи частью конструкции дорожного покрытия, они формируют отличное основание для укладки верхнего асфальтового покрытия с уменьшенной толщиной. Для получения вспененного битума из обычного битума используется современное оборудование. Битум в обычном состоянии нагревается до температуры примерно 175 градусов Цельсия. [4]

Холодная регенерация по сложности работ делится на два вида:

• глубокий ресайклинг – это когда происходит фрезерование существующего покрытия на глубину более 100мм, включая часть искусственного основания;
• тонкий ресайклинг, это регенерация верхних слоев асфальтобетона на глубину от 50мм до 100мм, где сосредоточено наибольшее количество дефектов [6].

Технологию холодного ресайклинга часто применяют при реконструкции щебеночных и гравийных автодорог, при этом глубина укрепления составляет 100 – 200 мм.

Основные элементы холодной регенерации выполняют с использованием ресайклеров – самоходный механизм (Bomag, Wirtgen), способный фрезеровать асфальтобетонное покрытие на глубину до 300 - 400 мм и одновременно компоновать его необходимым количеством вяжущего.

Рисунок 1. Технологическая схема холодного ресайклинга с использованием в качестве ведущей машины смесителя укладчика: 1. Старое покрытие; 2. Фреза; 3. Гранулят; 4. Смеситель-укладчик; 5. Каток; 6. Новый слой покрытия; 7. Покрузчик; 8. Автосамосвал; 9. Состав асфальтобетонной крошки [3]

Обычно самоходные ресайклеры оборудуют только распределительными трубопроводами и насосами высокого давления, необходимыми для введения битумной эмульсии, воды цемента и т.п. В зависимости от оптимального состава компонентов (минеральное, органическое или комплексное вяжущее) для укрепления слоев покрытия применяется состав машин и технология подачи вяжущего в рабочую камеру ресайклера:

• укрепление материала цементом – самоходный распределитель цемента, автоцистерна с водой + ресайклер;
• укрепление материала цементно-водной суспензией – автоцистерна с водой, установка для приготовления суспензии + ресайклер;
• укрепление материала горячим битумом или битумной эмульсией − автогудронатор+ресайклер;
• укрепление материала вспененным битумом – автоцистерна с водой +автогудрoнатор + ресайклер;
• укрепление материала комплексным вяжущим – автогудронатор + установка для приготовления суспензии + ресайклер [15].

После прохода ресайклера необходимо выполнить уплотнение укрепленного слоя покрытия пневмокатком или тяжелым вибрационным гладковальцевым катком. После уплотнения производят полировку поверхности автогрейдером для устройства необходимых продольных и поперечных уклонов. Заключительное уплотнение слоя покрытия производят вибрационным гладко вальцевым катком, масса которого составляет 10 - 15 т с частичным разрешением материала.

Слой покрытия устроен по технологии холодного ресайклинга обычно служит верхним слоем искусственного основания или нижним слоем асфальтобетонного покрытия. Учитывая эксплуатационные показатели участка дороги и интенсивность движения автотранспорта поверх данного слоя, устраивают дополнительные слои асфальтобетонного покрытия.

Рисунок 2. Технологическая последовательность работ при холодном ресайклинге а – распределение минерального вяжущего самоходным распределителем; б, г – восстановление слоя дорожной одежды путем холодного ресайклинга с вводом жидкого органического вяжущего комплектом машин «автоцистерна+автогудронатор+ресайклер»(ресайклер Bomag MPH125); д – подкатка укрепленного слоя самоходным комбинированным катком; е – профилирование поверхности покрытия автогрейдером; есть, ж – устройство нового асфальтобетонного слоя покрытия; с − укатка покрытия самоходным гладковальцевым катком [15]

Результаты выполненных исследований указывают на целесообразность использования технологии холодной регенерации с целью повышения качества и эффективности дорожных ремонтных работ при восстановлении существующего разрушенного и изношенного асфальтобетонного покрытия.

Поскольку она достаточно новая для отечественной дорожной отрасли, то необходимо проводить исследования и совершенствовать данную методику для климатических и геологических параметров местности нашей страны.

Список литературы:

1. Авсеенко А.А., Кикава Н.П. - «Экономическое обоснование решений при проектировании автомобильных дорог» - Методические указания. Москва, 2011. -59 с.
2. Бабков В. Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1: Учебник для вузов. – Изд. 2-е. И доп. – М.: Транспорт, 1987.– 368 с.
3. Бабков В. Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч. 2: Учебник для вузов. – Изд. 2-е. И доп. – М.: Транспорт, 1987.– 415 с.
4. Временные рекомендации по учету влияния коэффициента сцепления и состояния поверхности ТВПП на характеристики взлета и посадки самолетов ГА. – М.: МГА, 1974. – 15 с.
5. Головко С.К. Холодный ресайклинг – эффективная технология восстановления дорожной одежды / С.К. Головко // Автодорожник Украины. − 2003. − №6. − С. 34 − 35.
6. Горячев М.Г., Лугов С.В. «Средства дорожной механизации: технические характеристики и расчёт производительности»: Учебное пособие / МКГП. – М., 2003. - 67 с.
7. ГОСТ 23558-94. «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства»
8. ГОСТ 30491-2012. «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства»
9. ГОСТ 8736-2014. «Песок для строительных работ. Технические условия»
10. ГОСТ 9128-2013. «Смеси асфальтобетонные, полимер-асфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия»
11. ГОСТ-Р 52398-2005 «Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования»
12. ГОСТ-Р 52399-2005. «Классификация автомобильных дорог»
13. ОДМ 218.2.104-2019. «Альбом типовых конструкций нежёстких дорожных одежд»
14. ОДН 218.046-01. «Проектирование нежёстких дорожных одежд»
15. ПНСТ 265-2018. «Дороги общего пользования. Проектирование нежёстких дорожных одежд»
16. Некрасов В. К. Эксплуатация автомобильных дорог / В. К. Некрасов. - М.: Высш. шк., 1970. - 238 с.
17. Сиденко В. М. Эксплуатация автомобильных дорог / В. М. Сиденко, С. И. Михович. – М.: Транспорт, 1976. – 287 с.
18. Сосько М.Ф. Холодный ресайклинг, его преимущества и перспективы развития / М.Ф. Сасько // Автодорожник Украины. − 2004. − №2. − С. 37 − 40.
19. СП 34-13330.2012. «Автомобильные дороги»
20. Сюньи Г.К. Регенерированный дорожный асфальтобетон/Г.К. Сюньи, К.Х. Усманов, Э.С. Файнберг. − М.: Транспорт, 1984. − 118 с.