ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ АСФАЛЬТОГРАНУЛОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ПО МЕТОДУ ХОЛОДНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ

OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION OF GRANULAR ASPHALT IN THE REPAIR OF ROADS BY THE METHOD OF COLD RECYCLING

Vladimir Vitushchenko

Student, Department of Transport Construction, Saratov State Technical University,

Russia, Saratov

Denis Maslov

Postgraduate student, Department of Transport Construction, Saratov State Technical University,

Russia, Saratov

Vadim Nikishin

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Saratov State Technical University,

Russia, Saratov

АННОТАЦИЯ

В статье обсуждаются результаты подбора и лабораторных испытаний составов асфальтогранулобетонных смесей на комплексном вяжущем (битум, эмульсия и цемент) при ремонте автомобильных дорог по технологии холодной регенерации на объектах ФКУ Упрдор «Нижне-Волжское». Проведено сопоставление особенностей процесса подбора в соответствии с отечественными нормами.

ABSTRACT

The article discusses the results of selection and laboratory testing of granular asphalt on the complex adhesive (foam paving asphalt and cement) in the repair of roads according to the technology of cold recycling in the fields of Federal Government Agency «Nizhne-Volzhskoe». A comparison was made of the features of the selection process according to domestic norms.

Ключевые слова: холодная регенерация, дорожная одежда, асфальтогранулобетонная смесь, подбор состава, лабораторные испытания.

Keywords: cold recycling, road topping, granular asphalt, proportioning, laboratory test.

Введение

Восстановление асфальтобетонной дорожной конструкции путем регенерации на полную толщину слоя покрытия является альтернативой традиционным методам устройства слоев усилия или общей реконструкции. Технология холодной регенерации позволяет увеличить несущую способность дорожной одежды, повторно использовав материалы дорожного полотна с добавлением небольшого процента вяжущего. В качестве последнего может применяться битум, эмульсия, цемент в различных комбинациях и другие доступные вяжущие. Снижение затрат достигается благодаря минимизации использования нового материала и его транспортировки.

Отечественная и зарубежная практика применения технологии холодной регенерации для ремонта асфальтобетонного покрытия дорожной одежды свидетельствуют о высокой эффективности данной технологии [1-5]. Существует два основных способа восстановления слоев оснований: непосредственно на участке производства работ с применением специальных машин и на придорожной производственной базе с использованием автоматических смесительных установок.

Тип и соотношение вводимых регенерирующих добавок должны в первую очередь обеспечить работоспособность слоев оснований и продолжительность их сроков службы. В то же время совершенствование состава регенерированного асфальтобетона должно идти в направлении повышения усталостной прочности, морозостойкости и деформативной способности в зависимости от условий эксплуатации [1], при этом важнейшим фактором остается экономическая составляющая.

Покрытие находится в неудовлетворительном состоянии. Это дороги с невысокой интенсивностью, расположенные в удалении от основных карьеров каменных материалов и производителей вяжущих. В план работ для их восстановления заложена технология холодной регенерации, предусматривающая два типа вяжущего.

Учтен предыдущий опыт, для чего в 2022 году произведен отбор материалов с ранее выполненных объектов и проведен анализ полученных сведений. В работе авторы опирались на действующую российскую нормативную базу [7].

Основная часть

В течение всего времени были применены различные варианты подбора составов, в том числе с добавлением двух видов вяжущих.

Одним из первых объектов стал участок а/д Р-158, км 0+000 – км 36+833. В 2022 году на стадии проектирования проведен детальный анализ существующей дорожной одежды. Результаты измерений модуля упругости и данные по отбору кернов позволили сделать вывод:

- Участок км 0+000 – км 36+833 имеет низкий модуль упругости и не отвечают требованиям таблицы 3.4 ОДН 218.046-01 [10] по прочности;

На основании полученных данных было принято решение применить технологию регенерации существующей дорожной одежды с добавлением цемента в объеме 5%, слоем 15 см.

С таким подходом был запроектирован и реализован ряд объектов ремонта.

По итогам диагностики завершенного ремонта и при последующем мониторинге была выявлена повышенная прочность дорожной одежды, которая приводила к образованию морозных трещин на асфальтобетонном покрытии. На основании полученных результатов выработан новый подход к проектированию.

В 2021 году были реализованы первые проекты с оптимизированным составом. Работы производили с использованием технологии регенерации через завод непрерывного действия. Фрезерованный асфальтогранулят доставлялся на территорию АБЗ и складировался в штабеля. На заводе производили смешение асфальтогранулята с щебнем и цементом в соотношении: Асфальтогранулят – 69,8%, щебень фр. 16-31,5 – 13,5%, щебень фр. 8 -16 – 11,9%, цемент – 4,8%, вода – 2,4%.

Так, данные, полученные на объекте ремонта 2022 года, выполненном с применением технологии – холодной регенерации – позволяют сделать вывод об эффективности в сравнении с традиционным способом усиления дорожной одежды (рисунок 1).

Рисунок 1. Объект, реализованный с применением холодной регенерации усиления дорожной одежды

Эксплуатация участка ремонта демонстрирует отличия в состоянии дорожного покрытия в зависимости от основания. На фото 1 показана дорога до ремонта, на фото 2 после ремонта.

Также был осуществлен отбор подбор состава, выполненный с применением различных составов (таблица 1).

Таблица 1

Подбор состава (2021 г.)

Необходимо отметить, что ввиду незначительной толщины слоя старого асфальтобетонного покрытия (8-12 см), часто в слои регенерации попадает значительное количество материала щебеночного основания, что в свою очередь серьезно влияет на гранулометрический состав АГБ.

Основываясь на практических результатах и опыте работы, накопленном в предыдущие годы, разработана программа по приведению в нормативное состояние участков автодорог: автоподъезд к с. Рыбушка, автомобильная дорога «Мокроус-Долина».

На основе данных предварительных полевых изысканий о конструкции рабочих слоев дорожной одежды назначается количество и типы слоев покрытия поверх регенерированного слоя, после чего рассчитывается его необходимая толщина по допускаемому упругому прогибу в соответствии с ОДН 218.046-01 [10].

После назначения расчетной толщины регенерируемого слоя в соответствии с анализом исходных данных из материалов рабочих слоев отбирают объединенную пробу асфальтового гранулята массой не менее 600 кг и исследуют его гранулометрический (зерновой) состав. Гранулометрический состав асфальтогранулобетонной смеси (АГБС) должен соответствовать требованиям, установленным в ОДМ 218.6.1.005-2021 [11]. Если зерновой состав АГБС выходит за границы области допустимых значений, то производится расчет по корректировке зернового состава и приведение его в соответствие требованиям нормативных документов (Рисунок 2).

Рисунок 2. График зернового состава минеральной части

Если придерживаться российских методических рекомендаций [7], то к асфальтовому грануляту необходимо примешать соответствующее количество щебня или других минеральных заполнителей в пропорции, установленной ОДН [11], ввести необходимое количество цемента, добавить нужное количество воды, битума или битумной эмульсии.

Оптимальным является такое содержание вяжущего, прежде всего цемента [7], при котором у образцов достигается максимальное значение плотности, а предел прочности при сжатии в возрасте семь суток при температуре 20^ОС должен быть не менее 0,30 МПа, при 40^ОС должен быть не менее 0,25 МПа. Коэффициент водостойкости должен быть не менее 0,5. В противном случае гранулометрический состав АГБС следует откорректировать или увеличить содержание цемента, но не более чем до 6%. В каком виде добавляется битум: в виде эмульсии или вспененный – российские рекомендации не регламентируют. Необходимо отметить, что роль битума в составе комплексного вяжущего (в нашем случае это вспененный битум) детально не была разобрана ввиду малой практики его применения на момент создания ОДМ.

Заключение

Одним из важных показателей эффективности применения технологии холодной регенерации при ремонте автомобильных дорог является временная стойкость. Практика показывает, что используемые ФКУ Упрдор «Нижне-Волжское» подборы составов асфальтогранулобетонных смесей в целом удовлетворяют предъявляемым требованиям к качеству и обеспечивают необходимую временную стойкость. При этом применение комплексного вяжущего представляется наиболее оптимальным с точки зрения эффективности, однако следует принимать во внимание, что универсального рецепта не существует. Оптимальный состав будет зависеть от ряда исходных данных.

На данный момент результаты таковы, что активный цемент работает как гидравлическое вяжущее, повышая плотность материала конструкции. Немецкая же методология предписывает в качестве основного вяжущего использовать вспененный битум, а цемент является лишь активным заполнителем. В результате их взаимодействия получается асфальтовое вяжущее, или мастика, и образуются точечные связи.

На приведенном в данной статье исходном материале с его частичной «механической модификацией» получить удовлетворительные результаты, руководствуясь немецкой методологией и снизив состав активного мелкого заполнителя до 1%, не удалось. Необходимо проведение дальнейших исследований по оптимизации зернового состава и соотношения вяжущих материалов с целью выхода на содержание цемента 3% и менее. Целью дальнейших исследований является минимизация процентного соотношения цемента в составе АГБС. Это позволит снизить стоимость конструктива, сохранив высокие физико-механические показатели и достичь наибольшей эффективности при выполнении работ по технологии холодной регенерации. Задача добиться образования точечных связей и таким образом перейти от жесткого монолитного каркаса к частично связанному конструктиву, который не будет давать усталостных трещин на покрытии, будет более стойким к деформациям в процессе эксплуатации.

Дальнейшую работу по оптимизации составов, прежде всего с экономической точки зрения, необходимо направить на корректировку гран-составов и сужение его рамок путем добавления механических модификаций (песка, щебня и т. д.) до оптимального состава. Это позволит оптимизировать объем и состав вводимого комплексного вяжущего.

Необходимо отметить, что в производственной практике получение оптимальных составов АГБ смесей лучше удается при работе с использованием притрассового завода, однако и вариант с добавлением минерального материала перед ресайклингом может быть достаточно эффективен при строгом соблюдении технологии.

Список литературы:

1. Бахрах, Г. С. Холодная регенерация дорожных одежд нежесткого типа / Г. С. Бахрах. – М., 1999. – 85 с. – (Автомоб. дороги: Обзорн. информ. / Информавтодор; Вып. 6.
2. Горнаев, Н. А. Технология холодной регенерации асфальтобетона / Н. А. Горнаев, В. Е. Никишин // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2005. – № 3. – С. 43-44.
3. Филатов С. Ф. Восстановление асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга / С. Ф. Филатов. – Омск: Издательство СибАДИ, 200.9 – 80 c.
4. Bashkoul, Y. Evaluate the use of Recycled Asphalt Pavement (RAP) in the Construction of Roller Compacted Concret Pavement (RCC) / Y. Bashkoul, H. Divandari // Civil Engineering Journal. – 2018. –Vol. 4, No. 5, May, 2018. – pp. 1157-1164. – URL: http://dx.doi.org/10.28991/cej-0309164
5. Androjić, I. Cold recycling of asphalt pavements using foamed bitumen and cement / I. Androjić, G. Kaluđer //Građevinar. – 2013. – № 65 (5). – pp. 463-471. URL:https://www.researchgate.net/profile/Ivica_Androjic2/publication/291701589_Cold_recycling_of_asphalt_pavements_using_foamed_bitumen_and_cement/links/595b723ca6fdcc36b4dc26b9/Cold-recycling-of-asphalt-pavements-using-foamed-bitumen-and-cement.pdf
6. Долинский, Я. А. Методы регенерации нежестких дорожных одежд: проблемы качества, экономической эффективности и технологичности / Я. А. Долинский // Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации: Сборник материалов III Международной научно-практической конференции, Омск, 29 – 30 ноября 2018 г. – Омск, СибАДИ 2019. –С. 370-375.
7. Методические рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенерации: Отрасл. дор. метод. документ: утв. Росавтодором 27.06.2002 № ОС-568-р. – М., 2002. – 56 с.
8. ОДМ 218.2.022-2012. Методические рекомендации на повторное использование асфальтобетона при строительстве (реконструкции) автомобильных дорог: утв. Росавтодором 03.05.2012 № 244-р. – М., 2013. – 16 с.
9. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд: (взамен ВСН 46-83): утв. Росавтодором 20.12.00 № ОС-35-Р: дата введения 2001-01-01. – М., 2001. – 148 с.
10. ГОСТ 9128-2009. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.