СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОЕВ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ГОРОДСКИХ УЛИЦ
METHOD OF FORMING LAYERS OF ROAD PAVEMENT OF ROADS AND CITY STREETS

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог и городских улиц, в частности к способам формирования слоев дорожной одежды и повышения их эксплуатационных свойств.
Известно, что в общем случае дорожная одежда может включать в себя слои износа, верхний слой дорожного покрытия, нижний слой дорожного покрытия, основание и дополнительный слой с опорой на подстилающий грунт [1]. При этом все системы слоев как конструкции дорожных одежд принято подразделять по сопротивлению изгибу на жесткие (цементобетонные) и нежесткие. По виду исполнения слои дорожной одежды бывают из сыпучих материалов, уплотненных катками и движением транспортных средств, набирающих несущую способность в результате уплотнения и развития сил трения (расклинки), удерживающих отдельные частицы в слое; асфальтобетонных и цементобетонных смесей, образующих монолит после укладки, уплотнения и твердения; сборные цементобетонные покрытия из плит [1].
В процессе эксплуатации автомобильных дорог и городских улиц неизбежно появляются дефекты на дорожном покрытии, возникающие как под действием движения автомобилей, так и под влиянием природно-климатических факторов и исходного качества применяемых материалов и технологии исполнения дорожного покрытия.
Практика показывает, что наибольшее число проявляемых различного вида дефектов при эксплуатации дорог наблюдается на дорогах с нежесткой одеждой их слоев, т.е. на дорогах с асфальтобетонным покрытием, количество которых в стране является преобладающим по протяженности.
Так основными видами деформаций и разрушений дорожной одежды асфальтобетонных дорог являются:
- деформации и разрушения, вызванные причинами, происходящими в весенний период при оттаивании грунта земляного полотна на участках с неблагоприятными условиями водоотвода и защиты земляного полотна от температурных воздействий, а также применения некачественных материалов и их неоднородность, плохое уплотнение земляного полотна и дорожной одежды и переувлажнение земляного полотна;
- просадки нежестких дорожных одежд в виде впадин, возникающих в результате местных просадок неуплотненного грунта или слоев дорожной одежды;
- пролом - разрушения дорожной одежды в виде длинных прорезей по полосам наката колес;
- выкрашивание - разрушение дорожного покрытия за счет потери им отдельных зерен гравийного и щебеночного материала;
- трещины - деформации, обычно вызываемые резкими температурными изменениями из-за недостаточной прочности основания или покрытия;
- выбоины - углубления со сравнительно крутыми краями, образовавшиеся в результате местного разрушения материала дорожного покрытия.
Все виды деформаций и разрушений дорожного полотна в той или иной мере связаны с проявлением действия различного рода эффектов, каждый их которых имеет свою физическую природу и механизм воздействия на слои дорожной одежды.
Так как в весенний период при оттаивании грунта земляного полотна на участках с неблагоприятными условиями водоотвода сохраняется застойная вода, которая за счет капиллярного эффекта пропитывает пористую структуру основания дорожной одежды сплошь, превращая его в «полужидкость» [2] с проявлением ряда негативных последствий, т.е. резкое снижение несущей способности полотна дороги; образование пустот в структуре основания из-за произвольной миграции содержащихся в нем гранул (зерен); отслоение дорожного покрытия от основания при действии капиллярного эффекта [2] в зоне их контакта.
Это, в свою очередь, при смене температуры атмосферного воздуха от положительной до отрицательной имеющаяся вода в пустотах основания дорожной одежды замерзает, что ведет к повышению давления в них и, как следствие, трещинообразованию в дорожном покрытии с появлением далее сопутствующих дефектов, таких как впадины, проломы, выкрашивания и выбоины.
Кроме того, периодические импульсные воздействия от нагрузки колес транспортных средств на дорожное покрытие в пределах упругости создают необходимые предпосылки возникновения в псевдосжиженном слое основания дорожной одежды явления турбулентности, т.е. смещения его наполнителя за счет осуществления эффекта действия при этом подобно диафрагменного насоса.
В этом случае, повышение несущей способности асфальтобетонного покрытия путем введения в него только армирующих элементов в виде асбестовых волокон [3] или торфа льняной соломы [4] не дает должного результата, потому что входящий в него битум в узком диапазоне температур (от плюса до минуса) воздуха резко изменяет свои реологические свойства от вязкотекучего до хрупкого состояния. Следовательно, для системы слоев дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием и основанием из сыпучих материалов указанные недостатки, по сути, являются органически присущими ей и их устранение требует других системных технических решений. По предлагаемому техническому решению близкого аналога (прототипа) не выявлено.
Задача изобретения - повышение несущей способности дорожного полотна и его устойчивости к воздействию перепадов положительных и отрицательных температур.
Это достигается тем, что все свободное пространство в слое основания дорожной одежды, сформированном из сыпучих (гранулированных) материалов, после его уплотнения, например катками, заполняют песочной массой с гидрофобной поверхностью, образованной в нем из осажденных частиц песка при размещении в основании гидрофобной песочной суспензии. В другом варианте исполнения предлагаемый способ отличается тем, что верхнюю поверхность основания дорожной одежды и смежную с ней поверхность нижнего слоя дорожного покрытия разделят демпфирующим слоем из водонепроницаемого материала.
Реализация изобретения при формировании слоев дорожной одежды для достижения технического результата состоит в обеспечении основанием дорожной одежды несущей способности цементобетонного основания за счет заполнения свободного пространства между составляющими гранулами основания гидрофобной песочной массой и придания ему вида цельноупакованной структуры. А разделение верхней поверхности основания и смежной с ней поверхности нижнего слоя дорожного покрытия демпфирующим слоем из водонепроницаемого материала позволяет гасить периодические колебания, вызываемые воздействием колес транспортных средств на дорожное полотно, и обеспечивать при этом более равномерное распределение силовой нагрузки от них в слоях дорожной одежды за счет их плотного сопряжения по площади механического контакта.
Данное техническое решение дает возможность не устраивать дополнительный слой основания дорожной одежды, который может быть дренирующим, противозаливающим и морозозащитным, т.к. подобные функции в нем осуществляются автономно за счет контактной сопряженности и гидрофобности поверхности структурных составляющих основания дорожной одежды. Кроме того, использование сыпучих каменистых материалов непосредственно из карьеров с содержанием на их поверхностях лиофильных составляющих, например глины, является первопричиной проявления многих дефектов на дорожном полотне (просадки в виде врадин, пролом, выкрашивание, выбоины и др.).
Сам процесс формирования дорожной одежды начинается с выбора земляного участка (фиг. 1), на котором верхний слой (подстилающий грунт) 1 тщательно уплотняют для ее устроения. Далее устраивают основание 2 как несущую часть дорожной одежды из сыпучих (гранулированных) каменистых материалов (щебень, гравий и др.) 3 и после уплотнения, напримир катками, все его свободное пространство между составляющими частями (гранулами) заполняют песочной массой 4 с гидрофобной поверхностью, образованной в нем из осажденных частиц песка при размещении в основании гидрофобной песочной суспензии, производимой на базе таких веществ, как асидол, мылонафт, олеиновая кислота, продукты нефтеперегонки.
Затем на верхней поверхности основания дорожной одежды формируют разделительный демпфирующий слой 5 из водонепроницаемого материала, например, получаемый путем укладки эластичных тонкослойных структур (полимерная пленка, толь, рубероид) или образованный на поверхности основания из герметизирующих составов напылением, поливом и др. Завершающим звеном в формировании дорожной одежды является то, что на демпфирующий слой 5 укладывают нижний 6 и верхний 7 слои из асфальтобетонной смеси для образования дорожного покрытия с последующим уплотнением их катками.
Достоинством данного изобретения является повышение несущей способности дорожного полотна за счет избежания псевдоожижения основания дорожной одежды и его устойчивости к воздействию перепадов положительных и отрицательных температур.
Источники информации
1. Сильянов В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.В. Сильянов, Э.Р. Домке. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2009, - 352 с.
2. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: «Советская Энциклопедия», 1976. - 608 с.
3. Патент РФ на изобретение №2351561 С2, МПК С04В 26/26, C08L 95/00. - Опубл. 10.04.2009, Бюл. №10.
4. Патент РФ на изобретение №2479524 С2, МПК С04В 26/26, C08L 95/00. - Опубл. 20.04.2013, Бюл. №11.