Мониторинг участков автомобильных дорог, построенных по

УДК 625.7/8
Валерий Вырожемский, Михаил Мищенко, Валентина Катукова
Государственный
дорожный
научно-исследовательский
институт
им.
Н.П.Шульгина, "ДерждорНДИ", г. Киев, Украина
Мониторинг участков автомобильных дорог, построенных по
наукоёмким технологиям и с использованием новых материалов
За последние годы в Украине, как и во многих других странах, стали
активно
применяться
прогрессивные
технологии
и
новые
современные
материалы.
Внедрение новых технологий в дорожной области направлено на
повышение долговечности дорожных конструкций. С целью оценки их
эффективности
"ДерждорНДИ" на протяжении
последних
лет проводил
мониторинг участков автомобильных дорог, построенных по таким технологиям и
с использованием новых материалов. Направления исследований: щебеночномастичный асфальтобетон, холодный ресайклинг, модифицированные битумы,
битумно-эмульсионные
технологии,
геосинтетические
материалы,
новые
технологии восстановление цементобетонных покрытий, битумно-полимерные
композиции для защитных слоев износа, стабилизаторы грунтов и т.п..
Щебеночно-мастичный асфальтобетон
По результатам мониторинга отмечено высокую трещиностойкость и
стойкость
к
колееобразованию
покрытий
из
щебеночно-мастикового
асфальтобетона (ЩМА). Среди значительного количества обследованных
участков покрытий, устроенных в разных регионах Украины, был выявлен лишь
один, где образовались отображенные трещины при устройстве слоя из ЩМА на
цементобетонном покрытии. На большинстве участков покрытие из ЩМА
выдержало высокие летные температуры жаркого лета 2007 года при
значительной
транспортной
нагрузке
без
образования
колеи
и
других
пластических деформаций (Рис. 1). В то же время следует отметить, что на
покрытиях
из
обычного
асфальтобетона
образовались
колея
и
другие
пластические деформации.
Рис.1 Автомобильная дорога Киев-Чоп, км 499 - км 502
На некоторых участках покрытия из ЩМА выявлены локальные места
образования колеи. Лабораторный анализ отобранных проб выявил чрезмерное,
по сравнению с требованиями стандарта [1], содержание зерен щебня
пластинчатой и игольчатой формы.
По данным обследований, на большинстве участков в экстремально жаркий
период лета 2007 г., показатели ровности не увеличились и остались на уровне
прошлых лет.
Если в первые годы, когда только начиналось внедрение покрытия из
ЩМА, основным дефектом было появление на покрытии “битумных пятен”, то в
последнее время таких дефектов стало значительно меньше. Это свидетельствует
об отработке состава и режима приготовления смеси и технологии укладки и
уплотнения.
В Украине при приготовлении щебеночно-мастичной асфальтобетонной
смеси апробированы целлюлозные добавки зарубежного производства. Для
дальнейшего ускорения применения ЩМА следует обратить внимание на
использование гранул и разработке отечественных стабилизирующих волокон.
Последнее направление нуждается в экспериментальной проверке в полевых
условиях.
В отечественной нормативно-технической документации отсутствуют
расчетные характеристики слоев из ЩМА. Для более широкого внедрения этого
материала такие характеристики необходимо определить в ближайшее время.
Холодный ресайклинг
Конструкции
многих
существующих
автомобильных
дорог
были
построенные несколько десятилетий тому назад, когда интенсивность движения и
расчетные характеристики автомобилей значительно отличались от современных.
Часть из них построена в 60-х годах прошлого века, в основном, наращиванием
слоев сверху. В старых конструкциях отсутствовали прочные слои основы, а слои
покрытия устраивали, как правило, с применением дегтей или гудронов. Эти
дороги эксплуатируются много лет без капитального ремонта.
Поэтому
применение
технологии
восстановления
существующих
конструкций методом "холодного ресайклинга" для многих участков является
серьезной
альтернативой
традиционным
технологиям,
которая
способна
значительно повысить прочность дорожной одежды.
В Украине по технологии "холодного ресайклинга" построены десятки
участков на автомобильных дорогах Киев - Ковель, Киев - Чоп, Киев - Харьков Довжанский, Александровка - Кировоград - Николаев, Стрый - Тернополь Кировоград - Знаменка, Красноперекопск - Симферополь и много других.
/
Рис. 2 Участок автомобильной дороги Александровка - Кировоград - Николаев,
км 146+500 - км 151+500, построенный с применением технологии "холодного
ресайклинга"
В период 2002-2007 гг. на автомобильных дорогах Украины были
апробированы разные виды технологии "холодного ресайклинга", в т.ч. с
укреплением фрезерованной массы цементом, вспененным битумом, битумной
эмульсией, цементом и битумной эмульсией. Наибольшее распространение
получила конструкция [2], которая содержит слои основы, толщиной от 20 см до
24 см, из фрезерованного асфальтобетона, укрепленного 3,5 % - 4 % цемента и 2-3
% битумной эмульсии с добавлением от 20 % до 40 % щебеночной смеси С-7.
Некоторые
участки
конструкция
существующей
дорожной
одежды
включают слои, на которых не может быть осуществлена технология "холодного
ресайклинга" (тонкие, неоднородные по толщине слои дорожной одежды, слои
жерствы с глинистым наполнителем, мостовая и др.). В этом случае в большом
количестве (до 40 %) добавляется щебеночный материал, а фрезерование
осуществляется на неполную толщину.
При
выполнении
работ
по
восстановлению
покрытия
дорожники
сталкиваются со значительной неоднородностью старой дорожной конструкции
по толщине и компонентному составу. Поэтому, при назначении конструкций
усиления дорожной одежды, целесообразно проводить измерение прочности и
толщины слоев через каждые 50-100 м.
Измерение прочности дорожной одежды со слоем основы, устроенным по
технологии "холодного ресайклинга", показало значительные преимущества
таких дорожных конструкций в сравнении с традиционными. Модуль упругости
достигает 400 - 600 МПа.
При проведении мониторинга выявлен один участок (автомобильная дорога
Киев-Чоп, км 84+700 - км 87+500), где возникли поперечные трещины с шагом 6-
12 г, что связано с передозировкой цемента при подборе состава и отработке
технологии.
С целью предотвращения повреждения слоя под движением транспорта,
сразу после устройства слоя основы по технологии "холодного ресайклинга",
целесообразно устраивать защитный слой толщиной 2-3 см из асфальтобетона
типа “Г” и включать его в расчет дорожной конструкции.
Рис. 3 Слой основы, устроенный по технологии "холодного ресайклинга" на
автомобильной дороге Киев-Ковель, км 79+500 -км 85+200, ноябрь 2007г.
Измерение
прочности
этих
конструкций
показало
значительное
превышение фактического модуля упругости над расчетным. Это объясняется
низкими значениями расчетных характеристик слоя, которые принимаются
согласно нормативным документам, как для гравийно-песчаных смесей,
укрепленным комплексным вяжущим на уровне 700-900 МПа.
Материал основы, устроенный по технологии "холодного ресайклнга", это
принципиально новый материал, повышенной прочности и однородности. Он
должен иметь самостоятельные расчетные характеристики. Установление этих
расчетных характеристик разрешит проектировать дорожные одежды с одним
слоем асфальтобетона или только с защитным слоем. Опыт строительства
показывает, что основа дорожной одежды, выполненная по технологии
"холодного ресайклинга", работает под движением транспорта без защитного слоя
без возникновения значительных повреждений на протяжении значительного
периода времени (до 3-х месяцев).
Стабилизаторы грунтов
Повышенный интерес к применению новых технологий сопровождается
массой вопросов относительно качества новых добавок и материалов, в том числе
и стабилизаторов грунтов.
Стабилизаторы - это большой класс разных за составом и происхождением
веществ, которые в малых дозах положительно влияют на формирование свойств
минеральных материалов и грунтов за счет активизации физико-механических и
оптимизации технологических процессов [3] .
В Николаевской области в 2007 году проводилось экспериментальное
внедрение
технологии
стабилизации
грунтов.
На
автомобильной
дороге
Зайчевское - Добрая Надежда - Ясная Поляна был устроен верхний слой
земляного полотна из суглинистого грунта с использованием стабилизатора
грунта SoilTac ООО «Прайм менеджмент». Эффект стабилизации грунтов
обусловлен распадом эмульсии (выпарыванием воды) и твердением полимера.
Рис.4. Состояние слоя грунта, обработанного стабилизатором SoilTac, после
высыхания, сентябрь 2007 года
Слой покрытия устроено за методом полива разрыхленного грунта водным
раствором SoilTac, концентрацией 1:8. Для двух участков по 150 м было
использовано 2 т стабилизатора SoilTac, формирование слоя происходило в сухую
погоду. Сначала, до дождей (Рис. 4), слой стабилизированного грунта имел
довольно высокие характеристики прочности. Под действием атмосферных
осадков прочность земляного полотна резко снизилась от 407 МПа до 110 МПа,
появились деформации - колея и сетка трещин, а в осенне-зимний период
экспериментальный участок из стабилизированного слоя грунта полностью
потерял несущую способность. Лабораторные исследования показали, что
образцы из грунтов, обработанных SoilTac, не выдерживают испытания на
водонасыщение и в короткое время теряют всякую прочность.
Модифицированные вяжущие
На большинстве обследованных участков асфальтобетонных покрытий,
устроенных на основе полимер-битумных вяжущих, новый материал показал
повышенную стойкость против образования колеи в летний период и низкотемпературных трещин зимой. Однако на некоторых участках применения
модифицированных вяжущих не помогло предотвратить образование трещин.
Геосинтетические материалы
Мониторинг
показал
значительный
эффект
от
использования
геосинтетических материалов при уширении земляного полотна за счет
увеличения крутизны откосов (Обход г. Одессы, г. Львов), при устройстве
насыпей на слабых основах (автомобильная дорогая Киев-Одесса), при защите от
эрозии откосов насыпей и выемок и т.п..
В последние годы перечень новых материалов и технологий значительно
расширился. В Украине начали применяться каучуково-битумные ленты для
предварительной обработки стыков асфальтобетонного покрытия, мембранные
технологии, долговечные покрытия из эпоксиасфальта, поверхностные обработки
повышенной шероховатости и долговечности, пластиковые и металлические
гофрированные трубы, новые гидроизоляционные материалы для искусственных
сооружений и много других. Дальнейший мониторинг предоставит возможность
определить эффективность их внедрения на автомобильных дорогах Украины.
Литература
1.
ДСТУ Б В.2.7-127:2006. Строительные материалы. Смеси
асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастиковые.
2.
ВБН В.2.3-218-539:2007 Устройство слоев дорожной одежды
автомобильных дорог общего пользования из холодных смесей, которые содержат
фрезерованный асфальтобетон, Укравтодор, 2007.
3. Самойленко Ю.М., М.Ф.Сасько, Стабилизаторы дорожных масс для
строительства и ремонта автомобильных дорог, Дорожная область № 3, с.60-62.
Аннотация
Приведенные результаты мониторинга участков автомобильных дорог, где
устроенные покрытия из щебеночно-мастикового асфальтобетона, слои основ по
технологии "холодного ресайклинга". Результаты обследований и измерений
транспортно-эксплуатационных показателей показали преимущества применения
новых прогрессивных технологий. Предоставленный анализ отрицательного
опыта применения стабилизатора грунту SoilTac.
Ключевые слова
МОНИТОРИНГ, ЩЕБЕНОЧНО - МАСТИЧНЫЙ АСФАЛЬТОБЕТОН,
ХОЛОДНЫЙ РЕСАЙКЛИНГ, ТРАНСПОРТНО - ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
ПОКАЗАТЕЛИ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ, ПОЛИМЕРМОДИФИЦИРОВАННЫЕ ВЯЖУЩИЕ, СТАБИЛИЗАТОР ГРУНТА,
ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ,
ВОДОСТОЙКОСТЬ