Повышение эффективности и экологичности ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий путем их холодной регенерации с использованием медленнотвердеющих минеральных и органических добавок

С.Ф. ФИЛАТОВ

В. В. шипицын

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

ПОВЫШЕНИЕ

ЭФФЕКТИВНОСТИ И экологичности

РЕМОНТА ДОРОЖНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ПУТЕМ ИХ ХОЛОДНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕДЛЕННОТВЕРДЕЮЩИХ МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК_

Разработана технология ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с введением в смесь медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжижителя битума. Метод холодного ресайклинга заключается в измельчении материала старого покрытия посредством холодного фрезерования и перемешивания специальными фрезами с добавлением регенерирующих добавок (2-3 %), затем распределении полученной смеси в виде слоя и уплотнении.

Традиционный ремонт асфальтобетонных покрытий проводится путем выравнивания старого покрытия асфальтобетонной смесью и устройством дополнительного слоя усиления.

Например, для устройства дополнительного слоя асфальтобетона толщиной 6 см на 1 км дорожного покрытия требуется приготовить 1200 т асфальтобетонной смеси.

Расход щебня, песка и битума при этом составит соответственно 600, 400 и 70 тонн и потребует новых разработок полезных ископаемых.

Проведение работ по приготовлению исходных компонентов и горячей асфальтобетонной смеси неизбежно вызывает загрязнение окружающей среды.

Современный способ ремонта - это способ холодной регенерации асфальтобетонов.

Технология холодной регенерации заключается в измельчении материала старого асфальтобетонного покрытия посредством холодного фрезерования специальной фрезой, перемешивания смеси на дороге (с добавлением или без добавления регенерирующих добавок), распределении смеси в виде слоя и уплотнении.

Вторичное использование старого материала при ремонте покрытий требует меньшего расхода полезных ископаемых, уменьшается при этом нагрузка на окружающую среду.

Анализ опыта холодной регенерации у нас в стране и за рубежом показал, что наибольшее распространение получили комплексные регенерирующие добавки с использованием цемента и битумной эмульсии, а также жидкого битума [ 1 ].

К недостаткам применения цемента можно отнести следующее: появление температурных и усадочных трещин; более низкая морозостойкость:

отсутствие механизма залечивания; короткий период обработки смеси (2-3 ч.); запрещается движение транспорта по регенерированному слою до 2 суток.

При использовании жидких битумов движение может быть открыто сразу после уплотнения слоя. Основные недостатки покрытия на основе жидких битумов: невысокая прочность материала; зависимость от температуры, пластичность.

Проведенные ранее исследования по разработке технологии холодной регенерации асфальтобетонов на дороге не учитывают использование рег-нери-рующих добавок на основе медленнотвердеющих минеральных вяжущих и вязкого битума разжиженного легкими углеводородными разжижителями как раздельно, так и применение их в комплексе.

Композиционный материал, применяемый для устройства конструктивных слоев дорожной одежды, должен обладать достаточно высокой прочностью, водо- и морозостойкостью, устойчивостью против образования трещин и пластических деформаций, то есть высокой деформативной способностью. Такой материал может быть получен на основе комплексного вяжущего, состоящего из медленнотвердеющего минерального вяжущего МТМВ и органического вяжущего. Довольно высокие прочностные и деформативные свойства материала из МТМВ объясняются образованием при медленном твердении гелевидных гидросиликатов кальция. Гелевидные гидросиликаты кальция после полного их уплотнения, по прочностным показателям не уступают кристаллогидратным новообразованиям, по деформативным же свойствам даже превосходят, так как имеют в отличие от кристаллогидратов волокнистую структуру [2].

Органическое вяжущее, в частности разжиженный битум, повышает водо-и морозостойкость,

Таблица 2

Прочностные показатели асфальтогранулобетонов

Таблица I

Составы асфальтогранулобетонных смесей

Компоненты Номера смесей и содержание компонентов, %

Тип К Тип М

I 11 III IV

Асфальтовый гранулят (АГ) 100 100 100 100

Шлаковое вяжущее (ШВ) от массы АГ 5 5

Цемент (Ц) от массы АГ 5 5

Битум разжиженный от массы АГ 1,5

Вспененный битум от массы АГ 3

Вода от массы ШВ или Ц 40 40 40 40

Показатель Номер состава и вид вяжущего

Тип К Тип М

I ШВ + Бр II Ц + БР III ШВ IV Ц

Предел прочности при сжатии при температуре 0"С, МПа 13,2 16,8 10,8 16.1

Предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, К",., МПа 5,0 5,5 4,8 5,55

Условный показатель жесткости (деформативности) материала 2.64 3,05 2,25 2.9

залечивает микротрещины, возникающие в минеральном камне.

К медленнотвердеющим минеральным вяжущим относятся доменные и фосфорные гранулированные шлаки, белитосодержащие шламы (бокситовые и нефелиновые), малоактивные золы теплоэлектростанций.

В асфальтобетонных смесях, перемешиваемых и уплотняемых в холодном состоянии, целесообразно применение битумов, разжиженных сравнительно легкими углеводородными разжижителями (керосином), которые обеспечивают относительно высокую скорость загустевания вяжущего.

Благодаря низкой вязкости разжиженного битума на 1-й стадии, он обволакивает тонкой пленкой гранулы и зерна, а также частично пластифицирует старый битум в асфальтогрануляте за счет диффузии легких углеводородов в пленки старого битума. В результате размягчается внешняя оболочка старой битумной пленки, снижая ее вязкость. Такая смесь способна длительное время после перемешивания оставаться в рыхлом состоянии.

Длительность сохранения тиксотропной коагу-ляционной структуры медленнотвердеющего вяжущего, а также низкая начальная прочность коагуляционных битумных связей позволит увеличить время на укладку смеси, увеличить длину технологической захватки и улучшить качество уплотнения смеси.

Для проверки выдвинутых теоретических предпосылок технологии холодной регенерации асфальтобетонных покрытий проведены экспериментальные исследования.

В исследованиях использовался асфальтовый гранулят реально полученный из материала старой дорожной одежды путем фрезерования ресайклером

фирмы \Лцг1деп на автомобильной дороге Омск — Тюмень и Омск — Муромцево, где содержание старого битума колебалось от 3,8 до 5,1 %

В качестве регенерирующих добавок использовался гранулированный шлак Кузнецкого металлургического комбината и золы уноса ТЭЦ г. Омска, из которых готовились медленнотвердеющие минеральные вяжущие, М 100. Активизаторами для них служили цемент и известь.

Для гидролиза и гидратации минеральных вяжущих, а также повышения степени уплотнения вводилась вода. Для восстановления свойств старого асфальтобетона вводили битум БНД 90/130 разжиженный керосином в количестве 12 % от массы битума.

Для проведения исследований использовали составы асфальтогранулобетонных смесей приведенные в табл. 1.

Между прочностью асфальтобетона на сжатие при температуре 0 °С и прочностью на растяжение при расколе существует соотношение Я°сж/Я°р, которое можно рассматривать в качестве косвенной характеристики его упругих свойств. Чем ниже это соотношение, тем более деформативен материал. Прочностные показатели асфальтобетонов Тип К и Тип М приведены в табл. 2.

Из результатов испытаний видно, что асфальтобетоны на шлаковом вяжущем более деформативны, чем асфальтобетоны с цементом.

В производственных условиях длительность технологического процесса от приготовления смесей до их укладки и уплотнения колеблется в значительных пределах по времени. За этот промежуток времени асфальтогранулобетонные смеси претерпевают изменения, связанные с протекающей гидратацией и гидролизом минерального вяжущего,

а также физико-химическими процессами, протекающими при взаимодействии старого битума и каменного материала с разжиженным битумом.

Так, например, для состава смеси № 1 тип К оптимальное время выдерживания смеси до уплотнения составляет 3 часа, состава № 2 тип Б - 4 часа. При этом прочности материала возрастают на 30-40 %.

Установлена необходимость учета в технологическом процессе погодных факторов.

Увеличение температуры воздуха с 20 °С до 30 "С вызывает сокращение оптимального времени уплотнения в среднем на 1-2 часа.

Для проверки результатов экспериментальных исследований и практической отработки технологии производства работ в период с 2001 по 2003 годы осуществлены опытные работы по ремонту асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах Тюмень — Омск и Омск — Муромцево общей протяженностью 8 км и 200 м.

Ведущей машиной при производстве работ является ресайклер 2500 фирмы \УпЧдеп. Производительность машин 3640 м2 фрезерования покрытия в смену. В состав специализированного звена также входили: автогрейдер, два катка, установка 400, автобшумовоз и автомобиль — цистерна с водой.

Свойства образцов, изготовленных из производственных смесей и испытания вырубок из покрытия показали, что они соответсвуют требованиям ГО СТ 9128-97.

Проведены испытания дорожной одежды на прочность методом статически обратимого пргиба с помощью прогибомера МАДИ-ЦНИЛ на дороге Омск — Муромцево. Анализ прочности дорожной одежды до и после ремонта показал, что средний коэффициент изменения прочности состовляет на 1-м участке — 1,4, на 2-м-2,0 и на 3-м — 1,8.

Экономические расчеты показали, что по сравнению с традиционной технологией, предлагаемая технология дает снижение сметной стоимости на 1 км дороги 1 млн. 200 тыс. руб., а использование побочных продуктов промышленности при ремонте автомобильных дорог улучшает экологическую обстановку.

Научная новизна заключается в развитии научных положений в области технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга: обосновано применение медлен-нотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума в технологии холодного ресайклинга; разработаны рациональные составы асфальто-гранулобетонных смесей; установлены параметры технологического процесса, позволяющие эффективно ремонтировать асфальтобетонные покрытия.

Библиографический список

1. Бахрах Г.С. Влияние структуры асфальтогранулобетона на его свойства. — М, 2001. - 60 с. - (Автомоб. дороги: Информ. сб. /Информавтодор; вып. 3).

2. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. — М.: Наука, 1966.

ТУРЕНКО Федор Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Инженерная экология и химия».

ФИЛАТОВ Сергей Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительство и эксплуатация дорог».

ШИПИЦИН Валерий Валерьевич, инженер кафедры «Строительство и эксплуатация дорог».

Дата поступления статьи в редакцию: 01.06.06 г. ©Туренко Ф.П., Филатов С.Ф., Шипицын В.В.

Книжная полка

Андриевский P.A., РагуляА.В. Наностуктурные материалы: Учеб. пособие: Рекомендовано УМО. - 192 е., пер. №7 бц.

В учебном пособии систематизированны данные о наноструктурных материалах, рассмотрены особенности их физических, химических, механических и других свойств. Описаны основные технологические приемы получения наноструктурных материалов, охарактерезированы области их применения в традиционной и новой технике, информационных и компьютерных технологиях, медицине, сельском хозяйстве, в области охраны окружающей стреды.

Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезно аспирантам, инженерам и научным работникам, занимающимся вопросами физики, химии, механики и биологии наноструктурных материалов.

Артамонов В.А., Словохотов Ю.Л. Группы и их приложения в физике, химии, кристаллографии: Учебник: Рекомендовано УМО. -512 с., пер. №7 бц.

В учебнике систематически изложена теория групп, ее основные физико-химические приложения. Рассмотрены групповые конструкции, теория конечно-порожденных абелевых и кристалло-графических групп, основы теории представлений конечных групп, линейные группы и их алгебры Ли.