Способ формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой
METHOD FOR FORMING REINFORCING LAYER OF ASPHALT CONCRETE PAVEMENT WITH METAL MESH

Настоящее изобретение относится к строительству и ремонту асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, тротуаров, аэродромов и площадок различного назначения, а именно к способу формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой с целью предупреждения образования в покрытии трещин и колей.
Известна принимаемая нами за аналог заявляемого изобретения технология армирования асфальтобетонного покрытия стальной сеткой с закреплением ее в литой эмульсионно-минеральной смеси («Методические рекомендации по армированию асфальтобетонных слоев дорожных одежд стальными сетками» - ОДМ 218.3.041-2014, Москва, 2014, РОСАВТОДОР). При армировании асфальтобетонных слоев стальными сетками в соответствии с указанной технологией работы по устройству и усилению асфальтобетонного покрытия включают в себя следующие операции по формированию армирующего слоя: очищают нижележащий слой покрытия от загрязнений и, в случае необходимости (в зависимости от фактического состояния), ремонтируют и выравнивают его; укладывают стальную сетку на подготовленный слой в проектное положение; прикатывают сетку пневматическим катком; закрепляют начальный поперечный участок каждого рулона сетки к нижележащему слою покрытия; наносят литую эмульсионно-минеральную смесь (ЛЭМС) до полного погружения сетки в смесь; выдерживают смесь до ее затвердевания и готовности сформированного из сетки и ЛЭМС армирующего слоя для укладки на него по крайней мере одного асфальтобетонного слоя.
Существенной особенностью аналога является то, что при формировании армирующего слоя используют стальную сетку, полотно которой выполняют из металлических продольных проволок, которые попарно скручивают друг с другом, образуя при этом шестиугольные ячейки, в которых скрученные части проволок (скрутки) являются боковыми сторонами ячеек сетки. Кроме того, сетку снабжают поперечными стержнями (прутами), которые проходят через скрутки ячеек сетки. Эти стержни равномерно устанавливают через равные интервалы по длине сетки. При этом сами стержни образовывают из плоских скрученных спиралью прутов. Стальные проволоки сетки сформированного таким способом армирующего слоя принимают на себя основную часть нагрузки на афальтобетонное покрытие от транспортных средств, а слой из застывшей ЛЭМС обеспечивает сплошность армирующего слоя, также принимает на себя часть нагрузки и, кроме того, обеспечивает водонепроницаемость армирующего слоя. В целом формирование описанным способом армирующих слоев в асфальтобетонных покрытиях при их строительстве или ремонте увеличивает прочность покрытий, удлиняет межремонтный период и общий срок их эксплуатации за счет обеспечения относительной устойчивости к образованию трещин и колей, а также сохранению при этом продольной ровности покрытий.
Однако для того, чтобы размещение армирующего слоя в покрытии обеспечивало высокую эффективность от его применения, в первую очередь необходимо, чтобы используемая в армирующем слое сетка обладала устойчивой конструкцией, которую было бы нелегко повредить, не допускала бокового смещения скруток в покрытии и его сдвига в продольном направлении.
В то же время недостатком данного аналога, описанной технологии армирования асфальтобетонного покрытия стальной сеткой с закреплением ее в ЛЭМС, несмотря на его относительную эффективность, является конструкция используемой стальной сетки. В используемой сетке слабо фиксируют скрутки ячеек сетки поверхности размещенных в них поперечных стержней. Это приводит к тому, что при высоких нагрузках на асфальтобетонное покрытие от тяжелых транспортных средств скрутки ячеек сетки армирующего слоя передают циклические напряжения растяжения вдоль стержней на ЛЭМС и покрытие, допускают накопление в них остаточных деформаций, что способствует сдвигу скруток и приводит к образованию в покрытии трещин и колей. Одновременно также имеет место невысокое сопротивление сдвигу сетки в продольном направлении из-за округлой поверхности проволок и стержней, что также способствует образованию в покрытии трещин и колей.
Эти недостатки аналога ограничивает эффективность его применения для строительства и ремонта асфальтобетонных покрытий, особенно предназначенных для восприятия высоких нагрузок на них от тяжелых транспортных средств.
В заявляемом изобретении «Способ формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой» используют следующие признаки аналога - «Методических рекомендаций по армированию асфальтобетонных слоев дорожных одежд стальными сетками»: также очищают нижележащий слой покрытия от загрязнений и в случае необходимости (в зависимости от фактического состояния) ремонтируют и выравнивают его; также укладывают стальную сетку в проектное положение; также прикатывают сетку пневматическим катком; также закрепляют каждый начальный участок каждого рулона сетки к нижележащему слою покрытия; также наносят ЛЭМС до полного погружения сетки в смесь; также выдерживают смесь до ее затвердевания и готовности сформированного из сетки и ЛЭМС армирующего слоя для укладки на него, по крайней мере, одного асфальтобетонного слоя.
Наиболее близким заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является принимаемая за прототип технология армирования асфальтобетонного покрытия стальной сеткой с закреплением ее в ЛЭМС (см. Беляев Н.Н., Нартов А Н. «Армирование асфальтобетонных покрытий стальной сеткой в слое эмульсионно-минеральной смеси» - Дороги России, №6 (96), 2016, с. 96-104). По этой технологии: очищают нижележащий слой покрытия от загрязнений и, в случае необходимости (в зависимости от фактического состояния), ремонтируют и выравнивают его; укладывают стальную сетку в проектное положение; прикатывают сетку пневматическим катком; закрепляют начальный участок каждого рулона сетки к нижележащему слою покрытия; затем наносят ЛЭМС до полного погружения сетки в смесь и выдерживают смесь до ее затвердевания и готовности сформированного из сетки и ЛЭМС армирующего слоя для укладки на него, по крайней мере, одного асфальтобетонного слоя. При этом используют стальную сетку, полотно которой выполняют из продольных проволок, которые попарно скручивают друг с другом, образуя шестиугольные ячейки, в которых скрученные час-ти проволок (скрутки) являются боковыми сторонами ячеек. Кроме того, сетку также снабжают поперечными стержнями, которые проходят через скрутки ячеек сетки. Эти стержни также равномерно укладывают через равные интервалы по длине сетки. Существенным отличием используемой в прототипе сетки является то, что укрепляющие стержни состоят из последовательных зон, которые имеют одинаковую длину, но при этом каждая из двух последовательных зон повернута вокруг собственной оси на угол 90° по отношению к предыдущей. Кроме того, горизонтальные зоны поперечных стержней размещают в скрутках сетки. В результате обеспечивают большее по сравнению с аналогом сопротивление сдвигу скруток в поперечном направлении из-за больших поверхностей соприкосновения плоских поверхностей горизонтальных зон стержней со скрутками, что замедляет образование в покрытии трещин и колей.
При этом в продольном направлении препятствуют сдвигу сетки вместе с затвердевшей ЛЭМС и покрытием перпендикулярные продольному направлению соответствующие поверхности вертикальных зон стержней, по сути выполняющих функцию шпонок (то есть шпонистость вертикальных зон стержней).
Все это в целом повышает прочность асфальтобетонного покрытия, позволяет удлинить межремонтный период и общий срок его эксплуатации за счет обеспечения относительной устойчивости к образованию трещин и колей, а также сохранения при этом продольной ровности покрытий. А устойчивость конструкции армирующего слоя позволяет повысить скорость и качество укладки асфальтобетонного покрытия.
В то же время недостатком прототипа является относительно невысокая шпонистость армирующего слоя в продольном направлении. Это имеет место в основном из-за того, что оказывают сопротивление продольному смещению армирующего слоя вместе с покрытием и препятствуют образованию в покрытии трещин и колей в основном только соответствующие поверхности вертикальных зон укрепляющих стержней. При этом равные им по длине горизонтальные зоны укрепляющих стержней практически не оказывают из-за малой их толщины сопротивления смещению армирующего слоя вместе с покрытием в продольном направлении и образованию в покрытии трещин и колей, особенно при высоких нагрузках на него от тяжелых транспортных средств.
Кроме того, в используемой в прототипе сетке слабо фиксируют скрутки ячеек сетки поверхности горизонтальных зон размещенных в них поперечных стержней. Это приводит к тому, что при высоких нагрузках на асфальтобетонное покрытие от тяжелых транспортных средств скрутки ячеек сетки армирующего слоя по прежнему передают циклические напряжения растяжения вдоль стержней на ЛЭМС и покрытие, допускают накопление в них остаточных деформаций, что способствует сдвигу скруток вдоль стержней и также приводит к образованию в покрытии трещин и колей.
Эти недостатки прототипа ограничивают эффективность его применения для строительства и ремонта асфальтобетонных покрытий, предназначенных для восприятия высоких нагрузок на них от тяжелых транспортных средств.
В заявляемом изобретении используют следующие существенные признаки прототипа: также очищают нижележащий слой от загрязнений и, в случае необходимости (в зависимости от фактического состояния) ремонтируют и выравнивают его; также укладывают стальную сетку в проектное положение; также прикатывают сетку пневматическим катком; также закрепляют начальный участок каждого рулона сетки к нижележащему слою покрытия; также наносят ЛЭМС до полного погружения сетки в смесь и также выдерживают смесь до ее затвердевания и готовности сформированного из сетки и ЛЭМС армирующего слоя для укладки на него, по крайней мере, одного асфальтобетонного слоя. При этом также используют стальную сетку, полотно которой выполняют из продольных проволок, которые попарно скручивают друг с другом, образуя шестиугольные ячейки, в которых скрученные части проволок (скрутки) являются боковыми сторонами ячеек. Кроме того, сетку также снабжают поперечными стержнями, которые проходят через скрутки ячеек сетки. Эти стержни также равномерно устанавливают через равные интервалы по длине сетки. Эти стержни также состоят из последовательных зон, при этом каждая из двух последовательных зон повернута вокруг собственной оси на угол 90° по отношению к предыдущей. Кроме того, горизонтальные зоны поперечных стержней также размещают в скрутках сетки.
Продольные проволоки и укрепляющие стержни также изготавливают из металла (преимущественно из стали) и покрывают их антикоррозионным материалом (как правило - оцинковывают). Укрепляющие стержни также в основном получают при плоской прокатке проволок с круглым поперечным сечением, преобразуя их при этом в полосы с закругленными краями.
Технической задачей, поставленной перед созданием заявляемого изобретения, являлось расширение арсенала способов формирования армирующих слоев для укрепления асфальтобетонного покрытия, а техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, являлось устранение указанных выше недостатков аналога и прототипа.
Указанную техническую задачу решают и соответствующий технический результат получают благодаря тому, что заявляемое изобретение представляет собой способ формирования упрочняющего слоя асфальтобетонного покрытия с закрепленной в ЛЭМС металлической сеткой, в соответствии с которым выполняют следующие операции по формированию армирующего слоя: очищают нижележащий слой покрытия от загрязнений и, в случае необходимости (в зависимости от фактического состояния), ремонтируют и выравнивают его; укладывают металлическую (чаще - стальную) сетку на нижележащий слой в проектное положение; прикатывают сетку пневматическим катком или аналогичным устройством; закрепляют начальный участок каждого рулона сетки к нижележащему слою покрытия; наносят ЛЭМС до полного погружения сетки в смесь и выдерживают смесь до ее затвердевания и готовности сформированного из сетки и ЛЭМС армирующего слоя для укладки на него впоследствии, по крайней мере, одного асфальтобетонного слоя.
При этом полотно используемой сетки выполняют из продольных проволок, которые попарно скручивают друг с другом, образуя шестиугольные ячейки сетки, в которых скрутки являются боковыми сторонами этих ячеек. Ячейки сетки объединяют между собой поперечными укрепляющими элементами, которые размещают в скрутках ячеек между проволоками и устанавливают через равные интервалы по длине сетки. Преимущественно такие укрепляющие элементы можно получать при плоской прокатке проволок с круглым поперечным сечением, которые преобразуют их при этом в полосы с закругленными краями. Эти элементы выполняют с прямоугольным поперечным сечением с закругленными краями. При этом они состоят из последовательных зон, в которых каждая из двух последовательных зон повернута вокруг собственной оси на угол 90° по отношению к предыдущей.
Особенностью используемой в изобретении сетки является то. что горизонтальные зоны укрепляющих элементов выполняют меньшей длины по сравнению с вертикальными. При этом сами поперечные укрепляющие элементы фиксируют в скрутках ячеек так, что внутри скруток между проволоками размещают (защемляют) горизонтальные зоны укрепляющих элементов, а их вертикальные зоны за вычетом технологических зазоров занимают при этом всю ширину ячеек сетки между их скрутками. Продольные проволоки и поперечные укрепляющие элементы изготавливают из металла (преимущественно из стали), причем всех их покрывают антикоррозионным материалом (как правило - оцинковывают).
Конструкция металлической сетки, которую используют в заявляемом изобретении, поясняется приведенными ниже чертежами. На фиг. 1 показан вид сверху на сетку. На фиг. 2 - участок укрепляющего элемента сетки в увеличенном масштабе.
Проволоки (1), (2), (3) до скручивания друг с другом были параллельны друг другу, а после скручивания расположены зигзагообразно по всей длине сетки. При этом между ними формируются скрутки (6) и (7). В результате образуются шестиугольные ячейки сетки шириной «А» и длиной «В», в которых скрутки являются боковыми сторонами этих ячеек. Размеры ячейки выбирают в зависимости от размеров фракций используемой в асфальтобетонном покрытии щебенки или другого наполнителя - они должны по крайней мере в два раза превышать размеры самых крупных фракций покрытия. Количество витков также может быть больше 1,5, как показано на фиг. 1. Кроме того, ячейки сетки объединяют между собой поперечными укрепляющими элементами, которые размещают в скрутках между проволок. Эти элементы состоят из последовательных зон (4) и (5), в которых каждую из двух последовательных зон поворачивают вокруг собственной оси на угол 90° по отношению к предыдущей, При этом горизонтальные зоны (4) укрепляющих элементов выполняют меньшей длины по сравнению с вертикальными зонами (5). Сами укрепляющие элементы имеют прямоугольное поперечное сечение с закругленными краями. Эти элементы размещают в скрутках между проволоками так, что внутри скруток помещают (защемляют) их горизонтальные зоны (4). При этом вертикальные зоны (5) укрепляющих элементов занимают всю ширину «В» ячеек сетки между скрутками. Поперечные укрепляющие элементы размещают в скрутках ячеек через равные интервалы «С» по длине сетки. Как вариант, как показано на фиг. 1, каждый очередной поперечный укрепляющий элемент может быть размещен в скрутках каждого третьего ряда ячеек, следующего за рядом, в скрутки ячеек сетки которого размещен предыдущий элемент.
Кроме того, в качестве примера приведены конкретные размеры элементов сетки, которые, как показали расчеты по стандартным общепринятым методикам достаточны для сеток, предназначенных для укрепления асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Металлическая сетка может быть сплетена из оцинкованных проволок диаметром 2,4 мм, скрутки образованы при свивке соседних проволок двойным кручением. Шестиугольные ячейки сформированы с шириной «А»=100 мм и длиной «В»=80 мм. В общем случае размеры ячеек выбирают в зависимости от размера фракций используемой щебенки или других наполнителей покрытия - они должны по крайней мере в два раза превышать параметры самых крупных фракций. Укрепляющие элементы могут быть выполнены с шириной в 7-8 мм и толщиной в 3 мм, с расстоянием между соседними элементами «С» в 235 мм.
Заявляемую к использованию при формированию армирующего слоя выше описанную металлическую сетку не ограничивают описанным и показанным примером ее осуществления, поскольку возможны различные ее модификации, не выходящие за пределы сферы действия формулы изобретения.
В целом, армирующий слой асфальтобетонного покрытия, сформированный из закрепленной в ЛЭМС вышеописанной сеткой вместе с поперечными укрепляющими элементами, представляет из себя трехмерную устойчивую конструкцию, которая хорошо сцепляется с нижележащим слоем покрытия и с укладываемым на него впоследствии асфальтобетонным покрытием, что препятствует образованию в покрытии трещин и колей.
Воспринимает в продольном и поперечном направлении нагрузки на покрытие сформированный вышеописанным способом армирующий слой с предлагаемой металлической сеткой следующим образом.
В продольном направлении армирующий слой препятствует сдвиговым деформациям и образованию в покрытии трещин и колей благодаря высокой шпонистости поверхностей вертикальных зон (5) укрепляющих элементов, которые занимают всю ширину «А» ячеек сетки. Отметим, что у используемой в армирующем слое сетки длина вертикальных зон (5) укрепляющих элементов в каждой ячейке примерно в 2 раза превышает длину аналогичных зон у прототипа.
А в поперечном направлении предупреждает сдвиговые деформации асфальтобетонного покрытия при нагрузке на него преимущественно из-за смещений в стороны скруток (6) и (7) закрепленной в ЛЭМС сетки, также вертикальные зоны (5) укрепляющих элементов, которые занимают всю ширину «А» ячеек и также не позволяют покрытию вместе со скрутками ячеек сетки укрепляющего слоя даже при высоких нагрузках на покрытие смещаться в поперечном направлении вдоль укрепляющих элементов, предотвращая образование в покрытии трещин и колей. Одновременно с вертикальными зонами укрепляющих элементов не допускает поперечных сдвиговых деформаций в разные стороны при нагрузках на покрытие защемление горизонтальных зон (4) укрепляющих элементов в скрутках между формирующими их проволоками.
Осуществляют заявляемый способ формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой следующим образом. Вначале существующий нижележащий слой дорожного покрытия очищают от пыли и грязи с помощью механических щеток, сжатого воздуха от компрессоров, поливомоечных машин. При необходимости, в зависимости от фактического состояния этого слоя, его ремонтируют. На поверхности нижележащего слоя не должно быть не отремонтированных трещин шириной более 5 мм и ямок или выбоин глубиной более 1 см и размером, превышающим размер ячейки сетки. Кроме того, перед укладкой сетки, при необходимости, устраивают на нижележащем слое покрытия выравнивающий слой из асфальтобетона и обеспечивают продольную ровность нижележащего слоя.
Затем на подготовленную поверхность нижележащего слоя укладывают металлическую сетку в проектное положение, при этом конец предыдущего рулона сетки должен накрывать начало следующего в направлении укладки рулона, чтобы последний не мог быть сдвинут или завернут укладчиком ЛЭМС.
После укладки рулонов сетки в проектное положение выполняют их прикатку пневматическими катками или аналогичными приспособлениями по всей площади рулонов. Разглаживание сетки начинают с середины рулона, двигаясь катком назад и вперед. Обычно для обеспечения плотного контакта стальной сетки с нижележащим слоем достаточно четырех проходов катка по одному следу.
Затем перед заливкой сетки ЛЭМС закрепляют, как правило дюбелями начальный участок каждого рулона сетки к нижележащему слою покрытия. Дополнительное крепление сетки дюбелями производят в местах, где после прикатки сетки не обеспечено ее прилегание к нижележащему слою покрытия.
После укладки и разглаживания стальной сетки ее заливают ЛЭМС. Уложенный слой ЛЭМС должен быть такой толщины, чтобы полностью погрузить в него сетку, но, как правило, он не должен превышать вертикальную высоту сечения поперечных элементов сетки более, чем на 3-5 мм. При этом, как правило, сквозь залитую ЛЭМС должна быть отчетливо видна фактура разложенной в этом слое сетки.
Что касается состава ЛЭМС, то в типовой состав ЛЭМС вводят: минеральный заполнитель (дробленый песок); минеральное вяжущее (цемент, реже известь); органическое вяжущее (битумную или полимермодифицированную битумную эмульсию с различными добавками типа: неопреновый латекс, резиновую крошку в диспергированном виде и др.); а также воду и химические добавки - вещества, регулирующие скорость формирования слоя.
Подбор состава конкретной ЛЭМС проводят в дорожно-строительных лабораториях до начала проведения работ. Состав ЛЭМС зависит от типа и состава асфальтобетонного покрытия, транспортной нагрузки, наличия дефектов и повреждений в нижележащем слое покрытия, а также климатических условий той местности, где планируется проводить работы.
Отметим, что битумная эмульсия начинает подвергаться распаду в течение нескольких минут после заливки сетки ЛЭМС, но время окончательного формирования слоя ЛЭМС составляет от 1 до 6 часов в зависимости от погодных условий и конкретного ее состава. Рекомендуется производить укладку ЛЭМС на армирующую сетку при температурах не ниже 0°С и при отсутствии интенсивных атмосферных осадков. Для ускорения формирования армирующего слоя может производиться его прикатка пневматическими катками через некоторое время после начала формирования смеси. После окончания формирования армирующего слоя в нем, как правило, отчетливо видна фактура разложенной в этом слое сетки.
В целом, армирующий слой асфальтобетонного покрытия, который формируют из закрепленной в ЛЭМС вышеописанной металлической сеткой вместе с поперечными укрепляющими элементами, представляет из себя трехмерную устойчивую конструкцию, которая хорошо сцепляется с нижележащим слоем покрытия и с укладываемым на него впоследствии асфальтобетонным покрытием, что препятствует образованию в покрытии трещин и колей.
Соответствие заявляемого изобретения «Способ формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой» критерию «промышленная применимость» подтверждается, как показано выше, возможностью его осуществления известными операциями без необходимости разработки каких-либо специальных технологий, а также возможностью его применения в различных целях. В том числе при строительстве и ремонте автомобильных дорог, тротуаров, аэродромов и площадок различного назначения.
Сравнение предлагаемого изобретения с другими известными в данной области техническими решениями позволяет сделать вывод, что оно содержит в себе существенные отличные от них признаки и что оно вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».
Сравнение заявляемого изобретения с уровнем техники, известным из научно- технической и патентной документации на дату подачи заявки, не выявило способа формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия, которому были бы присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле, то есть совокупность существенных признаков заявляемого изобретения ранее не была известна. Следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
В целом, следует отметить, что преимущества заявляемого изобретения перед прототипом обеспечиваются представленной в его формуле совокупностью существенных признаков, каждый из которых выполняет свою функцию, а все вместе, во взаимосвязи, решают поставленную задачу расширения арсенала способов формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия путем создания заявляемого изобретения - «Способа формирования армирующего слоя асфальтобетонного покрытия с металлической сеткой», с обеспечением при этом технического результата - существенного повышения прочности асфальтобетонного покрытия за счет обеспечения устойчивости к образованию трещин и колей, а также сохранению при этом продольной ровности покрытий.