Конструкция дорожного покрытия

Техническое решение относится к дорожному строительству, в частности к устройству шероховатых слоев дорожных покрытий, и может быть использовано для предотвращения скользкости дорожных покрытий на стадии строительства, реконструкции, ремонта и содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений, в т.ч. проезжей части, шероховатых поверхностных обработок и тонких слоев износа, пешеходных переходов, шумовых и музыкальных полос, направляющих островков, островков безопасности, покрытий автобусных и трамвайных остановок, зон перемещения маломобильных групп населения, элементов дорожной разметки, покрытий мостовых сооружений и внеуличных пешеходных переходов, тротуаров, велосипедных дорог, покрытий других зданий и сооружений различного назначения и др.
Существенную роль в обеспечении активной безопасности человека и транспортных средств в процессе дорожного движения играет шероховатость (макрошероховатость) покрытия транспортного сооружения.
Для обеспечения шероховатости, износостойкости, водонепроницаемости и плотности покрытия применяются различные технологические процессы по устройству макрошероховатого слоя, в частности, шелушение, пропиливание, рельефное уплотнение, формование, втапливание, поливка, устройство тонкого шероховатого по структуре слоя, литые эмульсионно-минеральные смеси, битумоминеральные смеси, полимерные битумоминеральные смеси, крупнозернистый асфальтобетон, резинобитумные смеси и т.п. (см. Методические рекомендации по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования (ГСДХ Минтранса России от 17 марта 2004 г. № ОС-28/1270-ИС), Методические рекомендации по применению макрошероховатых слоев дорожного покрытия на основе битумоминеральных открытых смесей, ВСН 38-90 «Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью». - М.: Транспорт, 1990. - 59 с.).
Известны однослойное шероховатое покрытие, состоящее из слоя вяжущего с распределенным по его поверхности щебнем, двухслойное шероховатое покрытие, состоящее из слоя вяжущего с распределенным по его поверхности щебнем крупной фракции, и слоя вяжущего с распределенным по его поверхности щебнем мелкой фракции и шероховатое покрытие типа «бутерброд», состоящее из слоя щебня крупной фракции, слоя вяжущего и слоя щебня мелкой фракции, при этом в качестве вяжущего используют битум или битумную эмульсию (Янковский Л.В. «Научно-технический обзор вопросов применения современных макрошероховатых дорожных покрытий и технологий по их устройству», Электронный научный журнал «Техническое регулирование в транспортном строительстве», №3, 2015, интернет ресурс http://trts.esrae.ru/18-97).
Недостатком известных технических решений является накопление поврежденностей в виде вышелушивания зерновых элементов и растрескивания битумного вяжущего, ввиду его низкой морозостойкости, что снижает свойства противоскольжения и срок службы сооружения или изделия.
Это ограничивает его практическое применение в особо ответственных изделиях, конструкциях и сооружениях, связанных с безопасностью человека и транспортных средств.
Известна абразивно-стойкая противоскользящая среда с полиуретановым покрытием из полиуретана, состоящая из двухкомпонентного закрытого грунтовочного слоя, окрашенного на бетонном или асфальтовом основании способом роликовой окраски, двухкомпонентный эластичный слой из силиконового эластичного силикона, покрытый на верхней поверхности двухкомпонентным закрытым грунтовочным слоем (см. патент CN №203890836, МПК Е01С 11/24; Е01С 13/06, опубл. 22.10.2014 г.).
Недостаток известной конструкции - ее легкодеформируемость ввиду использования силикона и низкая стойкость, так как силикон при воздействии механической нагрузки подвержен смятию и трещинообразованию.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является дорожное покрытие для проезжей части моста с металлической ортотропной плитой, включающее расположенные на дорожном основании конструкционные слои, а именно, грунтовочный слой на основе полимерно-битумного вяжущего, буферный слой, состоящий из полимерно-битумного вяжущего, гидроизолирующий слой, выполненный из полимерно-битумной мастики, защитный слой из асфальтобетонной смеси, слой из полимерно-битумной литой асфальтобетонной смеси, при этом оно дополнительно содержит, по крайней мере, два слоя очерненного щебня, один из которых расположен между гидроизолирующим слоем и защитным слоем для обеспечения их надежного сцепления, а второй расположен на полимерно-битумной литой асфальтобетонной смеси для обеспечения шероховатой поверхности покрытия, при этом защитный слой из асфальтобетонной смеси имеет пористую структуру (см. патент РФ №60946, МПК Е01С 7/32, опубл. 10.02.2007 г.).
В известном техническом решении слой из россыпи очерненного щебня представляет собой щебень фракции 10-20 мм, обработанный битумом, который наносят рассевом на слой полимерно-битумной литой асфальтобетонной смеси во время его укладки с последующим вдавливанием.
Недостаток известного технического решения заключается в уменьшении разновысотности активных выступов из-за переориентации их во время укатки катками.
При этом за счет горизонтальной ориентации граней щебня в верней плоскости уменьшается число активных выступов, обеспечивающих коэффициент сцепления, снижая коэффициент сцепления дорожного покрытия.
Задача настоящего технического решения - повышение сцепных свойств дорожного покрытия и срока его службы.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является обеспечение повышенной макрошероховатости дорожного покрытия.
Конструкция дорожного покрытия, содержащая расположенные на дорожном основании, по крайней мере, один конструкционный слой, и слой покрытия, с нанесенным на его верхнюю поверхность слоем повышенной шероховатости из вяжущего с зерновыми элементами, согласно технического решения, слой повышенной шероховатости содержит активные выступы вяжущего в местах его контакта с зерновым материалом, закрепленные в вяжущем зерновые элементы заданной фракции со случайной ориентацией активных выступов и граней и размещенные между ними зерновые элементы более мелкой фракции со случайно распределенными по площади горизонтально ориентированными верхними гранями, при этом в качестве вяжущего используют реакционно-способную смесь с избирательными свойствами смачиваемости по отношению к зерновым элементам.
При этом в качестве реакционно-способной смеси используют полиуретан, полимочевину, эпоксидную смолу или метилметакрилат, а также их композиции на их основе, а в качестве зернового элемента используют щебень, гравий отсев, крупный песок, продукт дробления вторичных каменных материалов.
Кроме того, зерновые элементы выполняют из смеси зерен одинаковой или разной прочности.
Заявляемая совокупность признаков позволяет повысить срок службы дорожного покрытия и повышение его сцепных свойств путем увеличения числа активных выступов на внешней поверхности дорожного покрытия, за счет образования на ней совокупности выступов вяжущего и зерновых элементов.
Это обусловлено тем, что слой вяжущего, представляющий собой реакционно-способную смесь (РСС), которая в виду ограниченности времени ее живучести, наносится на конструкционный слой транспортного сооружения непосредственно сразу после смешения его компонентов между собой.
При этом в промежутке времени от момента смешивания компонентов вяжущего до его полного затвердевания происходит последовательное изменение фазового состояния вяжущего, определяемого химическим взаимодействием компонентов между собой, их взаимодействием с влагой воздуха и с каменным материалом конструкционного слоя транспортного сооружения, которое сопровождается, в том числе, увеличением объема смеси после ее распределения на конструкционный слой.
В сочетании с избирательными свойствами РСС по отношению к зерновым элементам, проявляемыми в повышенной смачиваемости взаимодействующих компонентов, РСС за счет поверхностного натяжения с поверхностью щебенок самостоятельно движется снизу вверх, образуя при затвердевании собственные активные выступы вяжущего различной высоты, увеличивая суммарное количество активных выступов на поверхности дорожного покрытия.
Это способствует повышению сцепных свойств дорожного покрытия за счет образования дополнительных элементов макрошероховатости на поверхности дорожного покрытия.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид конструкции дорожной одежды, на фиг. 2 - условно, увеличенный фрагмент слоя покрытия; на фиг. 3 - условно, схема нанесения элементов макрошероховатости на поверхность дорожного покрытия.
Позиции на чертежах означают следующее: 1 - дорожное основание; 2 - конструкционный слой; 3 - слой покрытия; 4 - слой повышенной шероховатости; 5 - активные выступы вяжущего; 6 - зерновые элементы заданной фракции; 7 - активные выступы зерновых элементов 6; 8 - грани зерновых элементов 6; 9 - зерновые элементы меньшей фракции; 10 - горизонтальные грани зерновых элементов 9.
Конструкция дорожного покрытия содержит расположенные на дорожном основании 1, по крайней мере, один конструкционный слой 2, и слой покрытия 3, с нанесенным на его верхнюю поверхность слоем 4 повышенной шероховатости из вяжущего с зерновыми элементами (фиг. 1).
Слой 4 повышенной шероховатости содержит активные выступы 5 вяжущего в местах его контакта с зерновым материалом, закрепленные в вяжущем зерновые элементы 6 заданной фракции со случайной ориентацией активных выступов 7 и граней 8 и размещенные между ними зерновые элементы 9 более мелкой фракции со случайно распределенными по площади горизонтально ориентированными верхними гранями 10, при этом в качестве вяжущего используют реакционно-способную (РСС) смесь с избирательными свойствами смачиваемости по отношению к зерновым элементам (фиг. 2).
Использование в качестве вяжущего реакционно-способную смесь с избирательными свойствами по смачиваемости отношению к зерновым элементам способствует образованию на слое 4 повышенной шероховатости дополнительных активных выступов 5 вяжущего.
Реакционно-способная смесь (РСС) при химическом взаимодействии компонентов между собой, их взаимодействием с влагой воздуха и с каменным материалом конструкционного слоя транспортного сооружения, увеличивается в объеме за счет последовательного изменения фазового состояния вяжущего.
При этом избирательные свойства смачиваемости РСС по отношению к зерновым элементам проявляются в повышенной смачиваемости взаимодействующих компонентов, что способствует за счет поверхностного натяжения с поверхностью щебенок РСС самостоятельно двигаться снизу вверх, образуя при затвердевании собственные активные выступы 5 вяжущего различной высоты, увеличивая суммарное количество активных выступов на поверхности дорожного покрытия и обеспечивая повышенную макрошероховатость покрытия.
Зерновые элементы 9 более мелкой фракции со случайно распределенными по площади горизонтально ориентированными верхними гранями 10, размещенные между зерновыми элементами 6, расклинцовывают их, создавая дополнительную прочность конструкции.
Конструкция при этом максимально разновысотна с повышенными сцепными свойствами шероховатого дорожного покрытия, среднее квадратическое отклонение разновысотности активных выступов покрытия противоскольжения имеет значения не менее 2,0 мм.
При этом в геометрические параметры показателей шероховатости, как совокутьность неровностей реальной поверхности покрытия «А», входит высота «h1» активных выступов 5 вяжущего, высота «h2» активных выступов 7 зерновых элементов 6 и глубина «k» впадин внешней поверхности покрытия (фиг. 3).
Определение шероховатости поверхности покрытия оценивается в соответствии с ГОСТ 2789-73.
Примеры определения среднего квадратическое отклонения разновысотности активных выступов покрытия противоскольжения.
Аналогично методическому обеспечению ГОСТ 2789-73 Шероховатость покрытия. Термины и определения предлагается использовать способ оценки среднеквадратического отклонения разновысотности и разноглубинности шероховатости через показания отдельно десяти измерений активных выступов (разновысотность) и десяти впадин (разноглубинность) на основе формул:
где  - оценка среднеквадратического отклонения разновысотности выступов;
i верх
i нижн
iвepx
i нижн
x x - результаты измерений пяти верхних и пяти нижних выступов; - оценка среднеквадратического отклонения разноглубинности впадин; z, z - результаты измерений пяти верхних и пяти нижних впадин.
Для автоматизации измерения и расчета геометрических параметров макрошероховатости рекомендуется использовать автоматизированные программные модули.
Определение параметров макрошероховатости осуществляется также по профилограмме, полученной с помощью игольчатого профиломера или прибором ПКШ-4 (ФГУП «СоюздорНИИ»), или прибором Подлиха (МАДИ(ГТУ)). В случае отсутствия приборов разрешается использовать в качестве базы метровый элемент дорожной линейки и штангенциркуль с выдвинутым щупом с дискретностью измерения по базовой длине - 0,1 мм.
Возможно использование первичного измерительного преобразователя в виде двухкоординатного лазерного датчика «мыши» компьютера по схеме измерения, когда контактирующий преобразователь перемещается по огибающей по вертикальному сечению измеряемого шероховатого поверхностного слоя, а лазерный датчик взаимодействует с вертикально установленной плоской шероховатой поверхностью. Путь первичного преобразователя очерчивается на экране портативного компьютера и оцифровывается. Определяются параметры макрошероховатости.
С помощью портативного профиломера можно определить среднюю глубину впадин, дисперсию высот активных выступов, шаг и средний диаметр элементов макрошероховатости.
В качестве реакционно-способной смеси используют полиуретан, полимочевину, эпоксидную смолу или метилметакрилата, а также их близкие аналоги и комбинаций на их основе.
Полиуретановые композиции обладают высокой гидролитической устойчивостью, стойкостью к воздействиям внешней среды в различных климатических зонах, морозостойкостью и хорошей совместимостью с различными видами фракционных наполнителей, таких как щебень, гравий и т.д.
Полимочевина имеет высокую скорость отверждения и поэтому мало чувствительна к влажности и может использоваться при проведении работ в условиях повышенной влажности.
Эпоксидная смола является разновидностью синтетических смол, при полимеризации в смеси с отвердителем образуется сшитый полимер.
Использование эпоксидных смол различных составов позволяет варьировать конечные свойства каркасной структуры после отверждения в большом диапазоне.
Метилметакрилат является рекомендуемым вяжущим в виде полимерной смол, используемой, в том числе, для устройства конструкционных слоев гидроизоляции мостовых сооружений.
Выбор материала вяжущего определяется конкретными условиями эксплуатации дорожной конструкции.
Наибольшее предпочтение использования в качестве вяжущего имеет двухкомпонентная полиуретановая система из смеси смолы и отвердителя, обусловленное ее эксплуатационными свойствами: высокой механической прочностью, абсолютной водостойкостью, устойчивостью к износу, химической и биологической стойкостью, не токсичностью, экологичностью и долговечностью.
В вяжущем на основе двухкомпонентной реакционной смеси из смолы и отвердителя, предпочтительно, в качестве отвердителя используют изоцианаты, а в качестве смолы - соединения, содержащие, по меньшей мере, два атома водорода, активных в отношении изоцианатов, которые содержат гидроксифункциональное соединение с гидрофобными группами.
В качестве изоцианатов могут использоваться все изоцианаты, содержащие функциональную уретановую группу - N=C=O.
В рамках данного технического решения могут быть использованы известные в производстве полиуретановых смесей изоцианаты - толуилендиизоцианаты (2,4- и 2,6-изомеры или их смесь в соотношении, например, 65:35), 4,4'-дифенилметан-, 1,5-нафтилен-, гекса-метилендиизоцианаты, полиизоцианаты, трифенилметан-триизоцианат, биуретизоцианат, изоциануратизоцианаты, димер 2,4-толуилендиизоцианата, блокированные изоцианаты (http://www.pktmt.ru/practice/chto_takoe_poliuretan_i_penopoliuretan/).
Гидроксилсодержащми компонентами являются:
- олигогликоли - продукты гомо- и сополимеризации тетрагидрофурана, пропилен-и этиленоксидов, дивинила, изопрена;
- сложные полиэфиры с концевыми группами ОН - линейные продукты поликонденсации адипиновой, фталевой и других дикарбоновых кислот с этилен-, пропилен-, бутилен- или другими низкомолекулярным гликолями;
- разветвленные продукты поликонденсации перечисленных кислот и гликолей с добавкой триолов (глицерина, триметилол-пропана), продукты полимеризации ε-капролактона.
Предпочтительно в качестве гидроксилсодержащего компонента использовать высокомолекулярные соединения, такие как простые полиэфирные спирты и сложные полиэфирные спирты.
Полиэфиры являются источниками гидроксильных (-ОН) групп, которые, реагируя с изоцианатом, образуют полиуретановую структуру.
Полиуретановая композиция обладает высокой гидролитической устойчивостью, стойкостью к воздействиям внешней среды в различных климатических зонах, морозостойкостью и хорошей совместимостью с различными видами фракционных наполнителей, таких как щебень, гравий и т.д.
Регулированием соотношения полиизоционата и полиола в полиуретановой смеси достигается необходимая в зависимости от условий эксплуатации дорожного сооружения усадка вяжущего (от 0,001 до 0,1%).
Слой 4 повышенной шероховатости выполняют при устройстве покрытий противоскольжения, шумовых полос, направляющих островков безопасности, покрытий автобусных и трамвайных остановок.
Покрытие противоскольжения представляют собой покрытия с повышенными сцепными свойствами, возводимыми, в основном, на участках концентрации ДТП, виражах, подъемах, мостовых сооружениях.
При использовании зерновых элементов различного цвета получают цветные покрытия противоскольжения.
Шумовая полоса является элементом обустройства на поверхности покрытия дороги либо непосредственно в слое покрытий конструктивных элементов дороги, вызывающих вибрацию элементов подвески автомобиля и создающих повышенный шум, вынуждающий водителей снижать скорость движения и повышать внимание.
Направляющие островки устраивают для разделения транспортных потоков при суммарной интенсивности движения по пересекающимся или примыкающим дорогам не менее 1000 авт./сут., когда число поворачивающих транспортных средств составляет не менее 10% от суммарного потока на дорогах вне населенных пунктов и не менее 20% в населенных пунктах.
В качестве зерновых элементов 6 и 9 используют щебень, гравий отсев, крупный песок, продукт дробления вторичных каменных материалов, в соответствии с рекомендуемыми нормами, например, ГОСТ 32018-2012, ГОСТ 8267-93, ГОСТ 8736-93.
Зерновые элементы 6 и 9 могут применяться фракции до 50 мм, как показывает практика производства покрытий наиболее целесообразно использовать зерновые элементы 6 и 9 фракции 3-20 мм.
Зерновые элементы 6 и 9 могут выполняться из смеси зерен одинаковой прочности или разной прочности, например, смесь из щебня марки M1200-1400 и щебня марки М600-800 (ГОСТ 8267-93), что обеспечивает повышение срока службы и требуемые сцепные свойства на весь период эксплуатации.
За счет разной скорости износа активных выступов зерен разной прочности, выкрашивание зерен происходит постепенно с продолжительным сдвигом по времени, увеличивая реальный срок службы покрытия в состоянии макрошероховатости и обеспеченных сцепных свойств до его полного износа.
В зависимости от назначения дорожного сооружения конструкционный слой 2 выполнен в виде водопроницаемого, гидроизоляционного, связующего и др. слоев,
Пример способа изготовления покрытия противоскольжения:
На основании в виде, например, асфальтобетонного или цементобетонного покрытия, металлической ортотропной плиты мостового сооружения, распределяется путем розлива или напыления РСС и разравнивается гребенками с П-образными прорезями для обеспечения требуемой толщины слоя (расхода).
Сразу после нанесения ручным или механизированным способом с помощью щебнераспределителя наносится слой щебня фракции 5-10 мм. Объем щебня распределяется избыточным не менее чем в два раза больше, чем конструктивно необходимым.
Щебень не разравнивается.
РСС, соединяясь с влагой основания и компонентами воздуха, увеличивается в объеме за счет образования пузырьков с продуктами реакции смеси.
За счет избирательных свойств смачиваемости смесь перемещается вверх по поверхности зернового элемента и обволакивает его с образованием собственных активных выступов.
После отверждения (по истечении 24 ч) смеси механической щеткой и воздуходувкой сметают незакрепленные зерновые элементы, причем, часть более мелких элементов оставляется в межзерновом пространстве закрепленного слоя щебня.
Обрезиненными вальцами катков или колесами транспортных средств оставшиеся незакрепленные зерновые элементы втапливаются между закрепленными элементами и расклинцовывают их, создавая дополнительную прочность конструкции.
Опытные работы с использованием вяжущего материала на основе полиуретана «ДОРОЛИТ» осуществлены АО «ОргиСнтезРесурс» на стадии строительства, реконструкции, ремонта и содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений при устройстве макрошероховатых дорожных покрытий.
В пределах заявленной совокупности признаков настоящее техническое решение не ограничивается приведенными примерами его выполнения и охватывает любые иные варианты, попадающие в объем прилагаемой формулы для достижения заявленного технического результата.
Заявляемая конструкция дорожного покрытия транспортного сооружения позволяет осуществить устройство макрошероховатых дорожных покрытий и повысить срок его службы и сцепных свойств путем увеличения числа активных выступов на внешней поверхности дорожного покрытия, за счет образования на ней совокупности выступов вяжущего и зерновых элементов.