СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ ДОРОГИ С АСФАЛЬТОБЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ
METHOD FOR RECONSTRUCTION OF ROAD WITH ASPHALT-CONCRETE COATING

Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Предлагаемое изобретение в целом относится к реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием. В частности, предлагаемое изобретение относится к таким способам реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием, при которых осуществляется не удаление и вывоз материала существующего асфальтобетонного дорожного покрытия, а его утилизация (повторное использование).
Обычно при реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием материал старого асфальтобетонного дорожного покрытия перемалывают и удаляют. Затем к месту проведения работ подвозят горячую асфальтобетонную смесь, которая укладывается на место перемолотого и удаленного слоя материала асфальтобетонного дорожного покрытия. Одним из недостатков такого способа дорожной реконструкции является то, что он занимает много времени, поскольку для его осуществления требуются две стадии. На первой стадии осуществляется перемалывание слоя существующего асфальтобетонного дорожного покрытия и удаление перемолотого материала. Затем, на второй стадии, осуществляется подвозка горячей асфальтобетонной смеси и укладывание ее на место снятого и удаленного слоя материала асфальтобетонного дорожного покрытия. Еще один недостаток такого способа заключается в том, что перемолотый материал прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия часто не находит повторного полезного применения.
В сравнительно недавнее время дороги, находящиеся как в удовлетворительном, так и в плохом состоянии, стали реконструировать с использованием регенерации асфальтобетонного материала, составляющего покрытие дороги, на полную глубину. Однако таким способам реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия не хватает основательных расчетов, вследствие чего возникают проблемы, связанные с совместимостью, в частности возникают проблемы из-за несовместимости состава битумной эмульсии. Во многих случаях не удается добиться желаемых эксплуатационных характеристик. Кроме того, дороги, реконструированные с использованием регенерации асфальтобетонного дорожного покрытия на полную глубину покрытия по известным способам, ненадежны, и имело место много случаев, когда вскоре после такой реконструкции в дорожном покрытии наблюдались осыпание материала, образование выбоин, образование колеи, расслоение и трещинообразование.
Для преодоления вышеуказанных недостатков предлагается способ проектирования и строительства новой дороги с использованием на месте материалов, взятых из существующей дороги. При осуществлении такого способа по предлагаемому изобретению обеспечивается улучшение эксплуатационных характеристик асфальтобетонного дорожного покрытия при использовании регенерационного материала.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Одной из целей предлагаемого изобретения является создание систематизированного способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием, при котором используются материалы, содержащиеся на данный момент в существующем асфальтобетонном дорожном покрытии, благодаря чему обеспечивается экономия расходов на сами материалы и экономия времени на перемещение материалов асфальтобетонного дорожного покрытия.
Вышеуказанная цель, а также другие цели достигаются при применении усовершенствованного способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием, являющегося предметом предлагаемого изобретения. Этот способ включает такие операции, как: (а) оценка асфальтобетонного дорожного покрытия для определения того, является ли данная дорога подходящим кандидатом для применения к ней регенерации асфальтобетонного дорожного покрытия на полную глубину покрытия, (б) перемешивание битумной эмульсии с частицами материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, взятого из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия, для получения асфальтобетонной битуминозной смеси и (в) тестирование асфальтобетонной битуминозной смеси на эксплуатационные характеристики с применением теста на связывание, теста на влаговосприимчивость и теста на модуль. В большинстве случаев в асфальтобетонную битуминозную смесь попадают также частицы грунта и/или материала-заполнителя. Способ по предлагаемому изобретению включает также стадию проектирования слоя асфальтобетонного дорожного покрытия при регенерации на полную глубину покрытия на основании данных, полученных в результате тестирования. Как только этот слой спроектирован, асфальтобетонное дорожное покрытие подвергается размельчению, битумная эмульсия подвергается перемешиванию с частицами материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, то есть материала, взятого из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия, а также, возможно, с частицами грунта и/или материала-заполнителя, взятыми из более нижних слоев, находящихся под слоем асфальтобетонного дорожного покрытия, и полученная смесь укладывается на дорогу.
Подробное описание предлагаемого изобретения
Целесообразность применения способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием по предлагаемому изобретению может быть рассмотрена, когда предусмотренный срок эксплуатации дороги подходит к концу или в тех случаях, когда принимается решение о модернизации асфальтобетонного дорожного покрытия с целью увеличения пропускной способности дороги. Дорога с асфальтобетонным дорожным покрытием включает асфальтобетонный поверхностный слой, слой основания и подстилающий слой. Применение способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием по предлагаемому изобретению может оказаться желательным, когда в асфальтобетонном дорожном покрытии начинают наблюдаться такие явления, как мелкие трещины, трещины от температурных напряжений, осыпания и выбоины, образование колеи, пропуск воды или выступание черных вяжущих, низкое сопротивление заносу или грубость текстуры. Особенно желательным применение способа по предлагаемому изобретению может оказаться в случаях низкого габарита под мостами и путепроводами или в тех местах, где вызывает беспокойство высота бордюрного камня. Способ по предлагаемому изобретению может применяться на сельских дорогах, скоростных автомагистралях, входящих в федеральную сеть автомагистралей США, внутриплатных автомагистралях, для аэродромных покрытий, в том числе, но не только, для взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек аэропортов, площадок автомобильных стоянок с асфальтобетонным покрытием, а также для других асфальтобетонных покрытий, требующих восстановления. Применение способа по предлагаемому изобретению представляется особенно полезным для асфальтобетонных покрытий, эксплуатировавшихся в течение 12-25 лет.
Конкретное проектирование асфальтобетонного дорожного покрытия при регенерации на полную глубину покрытия должно основываться на способе и условиях, описываемых ниже и составляющих часть предлагаемого изобретения. Предлагаемым изобретением решаются такие проблемы, возникающие при осуществлении существующих способов регенерации асфальтобетонного дорожного покрытия на полную глубину покрытия, как осыпание асфальтобетонного дорожного покрытия, образование трещин от температурных напряжений (термическое трещинообразование), медленное затвердевание и ненадежность эксплуатационных характеристик. При применении способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению обеспечивается обновление значительно поврежденного асфальтобетонного дорожного покрытия на полную глубину покрытия с получением структурно здорового подстилающего слоя и хорошего дренажа. При применении способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению обеспечивается также - там, где возникает потребность в увеличении грузопотока, - возможность существенного повышения несущей способности дороги с асфальтобетонным покрытием как поврежденным, так и находящимся в удовлетворительном состоянии. Применение способа по предлагаемому изобретению представляется особенно желательным для реконструкции шоссе.
Сначала дорога оценивается на предмет того, является ли она подходящим кандидатом для регенерации асфальтобетонного покрытия на полную глубину покрытия. Дорога должна иметь структурно здоровый подстилающий слой. Прочностные характеристики подстилающего слоя могут быть измерены при тестировании с помощью динамического конического пенетрометра DCP (аббревиатура от Dynamic Cone Penetrometer - динамический конический пенетрометр) или ударного дефлектометра FWD (аббревиатура от falling weight deflectometer - ударный дефлектометр), либо при определении несущей способности грунта калифорнийским методом CBR (Californian Bearing Ratio - коэффициент несущей способности, определенный по калифорнийскому методу), либо измерением показателя "R" (согласно электронному словарю Multilex, R-value - «амер. тех. мера теплосопротивления теплоизоляционного материала» - перев.) дороги. Представляется предпочтительным, чтобы измерения прочностных характеристик подстилающего слоя проводились, точно или приблизительно, через каждые полмили (сухопутная уставная миля равна 1,609 км), при этом поверхность должна быть прикатана.
Кроме того, дорога оценивается для определения общей пригодности для применения способа по предлагаемому изобретению. Такая оценка включает проверку уровней транспортных потоков, проверку геометрии, состояния дренажа, водопропускных сооружений, изучение истории дороги, исследование поврежденных мест. Затем с большей тщательностью оценивается состояние дороги, предпочтительно во время весеннего таяния или в дождливый сезон. Это периоды, когда слой основания и подстилающий слой дороги содержат наибольшее количество воды. Оценке и измерениям подвергаются также тип грунта, чистота, гранулометрический состав грунта, прочность скального основания и толщина дорожного полотна. Представляется предпочтительным, чтобы такие измерения осуществлялись в пределах верхних 10-20 см (4-8 дюймов) глубины дороги, при этом слой основания или также подстилающий слой дороги может быть затронут, но может оказаться и незатронутым. Могут проводиться такие обычные тесты на чистоту, как тест на песчаную эквивалентность, промывочный тест на гранулометрический состав, испытание воздушного фильтра порошком синего метилена и/или определение показателя пластичности. Затем исходя из несущей способности дороги и планируемых транспортных потоков, определяется требуемая толщина дорожного полотна, необходимая для поддержания запланированных транспортных потоков. После этого выносится решение в отношении того, является ли обследованная дорога подходящим кандидатом для применения реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению.
После того как оценка дороги произведена, согласно способу реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению далее выполняется предпостроечное проектирование асфальтобетонной битуминозной смеси с использованием материалов, полученных непосредственно на месте осуществления проекта. Для оценки существующего дорожного покрытия из тех его областей, которые подлежат регенерации, берутся представительные образцы. Представляется предпочтительным брать такие образцы равномерно по всей длине участка дороги, подлежащего реконструкции, в том числе из тех мест, где имеются различия характеристик, замеченные визуально или отмеченные по результатам измерений. Эти образцы обычно берутся в виде кернов слоя асфальтобетонного дорожного покрытия и россыпных материалов слоев дорожного основания. Образцы россыпных материалов слоев дорожного основания могут включать такие компоненты, как (перечень не исчерпывающий) материал-заполнитель, глина, грунт, песок, частицы материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, то есть материала, взятого из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия, или комбинации этих материалов. Однако включать в образцы россыпные материалы слоев дорожного основания следует только в тех случаях, когда слои дорожного основания, лежащие под асфальтобетонным дорожным покрытием, подлежат регенерации при реконструкции дороги. Для получения частиц материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, то есть материала, взятого из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия, взятые образцы асфальтобетонного дорожного покрытия должны быть измельчены, раздроблены, откалиброваны по размерам и/или отсортированы путем просеивания. После этого к полученным частицам материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия добавляются россыпные материалы слоев дорожного основания. Под термином «регенерационный материал» следует понимать материалы, предназначаемые для повторного использования при осуществлении способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению, в число которых может входить как материал регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, то есть материал, взятый из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия без каких-либо примесей (в тех случаях, когда слои дорожного основания не подлежат регенерации), так и смеси этого материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия с материалами слоев дорожного основания. Этот регенерационный материал для целей дальнейшего проектирования асфальтобетонной битуминозной смеси рассматривается в качестве материала-заполнителя. Если характеристики образцов, взятых из разных мест участка дороги, подлежащего реконструкции, имеют значительные различия характеристик, такие как, например, различные значения толщины слоев, то для таких разных мест следует проектировать отдельные асфальтобетонные битуминозные смеси. Перед перемешиванием с россыпными материалами слоев дорожного основания и/или добавлением битумной эмульсии материал регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия должен удовлетворять гранулометрическим требованиям, указанным в помещаемой ниже Таблице 1.
Таблица 1
Размер сита
Процент прохождения
31,75 мм (1,25'')
100
4,75 мм (0,187'') (сито №4)
28-38
0,59436 мм (0,0234'') (сито №30)
4-10
0,07366 мм (0,0029'') (сито №200)
>0,1
Асфальтобетонная битуминозная смесь должна проектироваться с использованием регенерационного материала. Проектирование асфальтобетонной битуминозной смеси включает определение соотношения размельченного материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия и материалов слоев дорожного основания и принятие решения о количестве и составе битумной эмульсии. Способ по предлагаемому изобретению включает такие операции, как приготовление образцов асфальтобетонной битуминозной смеси и измерение их физических свойств, которые осуществляются перед определением состава асфальтобетонной битуминозной смеси, предназначаемой для использования в качестве слоя дорожного покрытия, регенерированного на полную глубину покрытия.
При приготовлении образцов асфальтобетонной битуминозной смеси в регенерационный материал вводится битумная эмульсия. Тип этой битумной эмульсии, определяемый ее составом, выбирается с учетом, помимо прочего, таких факторов, как климатические условия реконструируемого участка дороги, температура, при которой накладывается регенерированное дорожное покрытие, и чистота регенерационного материала. Могут учитываться также, например, требования по повышению качества поверхности регенерированного дорожного покрытия или по улучшению его тормозных свойств. Представляется предпочтительным, чтобы нормативы низкотемпературного растрескивания асфальтобетонной битуминозной смеси выбирались с использованием программного обеспечения, выпускаемого на рынок под товарным знаком FHWA LTPP Bind™ (версия 2.1) (FHWA - аббревиатура от Federal Highway Administration - Федеральная администрация шоссейных дорог), при введении данных, полученных от метеорологической стации, ближайшей к месту осуществления проекта. Требуемой для нормативов проектирования асфальтобетонной битуминозной смеси температурой является самая низкая температура на поверхности слоя регенерированного на полную глубину дорожного покрытия, которая может возникнуть с вероятностью 98%.
Битумная эмульсия является смесью битума, воды и эмульгирующего агента, а также может содержать определенные добавки. При обычной температуре она представляет собой жидкость. Конкретный состав битумной эмульсии может быть различным в зависимости от ее желаемых свойств. Например, состав битумной эмульсии может быть подобран таким образом, чтобы она была быстрооседающей. Кроме того, состав битумной эмульсии может быть подобран таким образом, чтобы обеспечивалось улучшение свойств поверхности регенерированного дорожного покрытия или увеличение его прочности. Тип используемой битумной эмульсии должен определяться в зависимости от свойств проектируемой асфальтобетонной битуминозной смеси, как будет описано ниже.
Представляется предпочтительным, чтобы битумная эмульсия содержала эмульгирующий агент в количестве приблизительно от 0,5 мас.% до 10 мас.%, твердые битумные фракции в количестве приблизительно от 60 мас.% до 75 мас.%, воду и, факультативно, определенные добавки. Представляется предпочтительным также, чтобы битумная эмульсия была водной, то есть практически не содержала бы других растворителей, кроме воды. Количество добавок по отношению к массе битумной эмульсии может составлять приблизительно от 0,5 мас.% до 10 мас.%, и в число таких возможных добавок входят эластомеры, пластомеры, поверхностно-активные вещества, другие поверхностно-активные добавки (к вяжущим), а также нефтяные фракции. Представляется предпочтительным, чтобы содержание топливного масла в битумной эмульсии составляло максимум приблизительно 0,5 мас.%. Для получения модифицированных битумов, в том числе битума, модифицированного полимерами, введение добавки в состав битумной эмульсии осуществляется, в зависимости от типа добавки, путем ее добавления к твердым битумным фракциям или же к собственно эмульсии. Эмульгирующий агент может быть анионным, неионным, амфотерным или катионным. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы эмульгирующий агент был катионным. Битумная эмульсия выбирается на основании климатической истории реконструируемого участка дороги и предполагаемой температуры, при которой будет осуществляться нанесение регенерированного дорожного покрытия.
При приготовлении образцов асфальтобетонной битуминозной смеси битумная эмульсия добавляется к регенерационному материалу. Битумная эмульсия должна присутствовать в составе асфальтобетонной битуминозной смеси в достаточном количестве, так чтобы асфальтобетонная битуминозная смесь была не настолько сухой, чтобы имело место осыпание, но и слишком высоким содержание битумной эмульсии быть не должно - асфальтобетонная битуминозная смесь не должна быть пластичной. Обычно процентное содержание битумной эмульсии в составе асфальтобетонной битуминозной смеси составляет приблизительно от 1,5 мас.% до 8 мас.%. Типичным является процентное содержание битумной эмульсии в составе асфальтобетонной битуминозной смеси в диапазоне приблизительно от 2,5 мас.% до 6 мас.%. Рекомендуемые значения процентного содержания битумной эмульсии в составе асфальтобетонной битуминозной смеси при проектировании последней составляют следующий ряд: 1,5 мас.%, 2,0 мас.%, 2,5 мас.%, 3,0 мас.%, 3,5 мас.%, 4,0 мас.%, 4,5 мас.%, 5,0 мас.%, 5,5 мас.%, 6,0 мас.%, 6,5 мас.%, 7,0 мас.%, 7,5 мас.% и 8,0 мас.%. Представляется предпочтительным, чтобы выбиралось четыре значения процентного содержания битумной эмульсии в составе асфальтобетонной битуминозной смеси, соответствующих оценочным рекомендуемым значениям. Перед добавлением битумной эмульсии обеспечивается достижение такого значения влагосодержания, которое сочтено необходимым для реального осуществления способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению. В процессе практической реконструкции асфальтобетонного дорожного покрытия воду в асфальтобетонную битуминозную смесь обычно не добавляют. Если предусматривается введение в состав асфальтобетонной битуминозной смеси добавок, то эти добавки вводятся таким же образом, как они будут вводиться в процессе реального осуществления предлагаемого способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия.
При приготовлении образцов асфальтобетонной битуминозной смеси для тестирования регенерационный материал тщательно перемешивается и, при необходимости, к нему добавляется вода. Затем регенерационный материал перемешивается с битумной эмульсией. Перемешивание должно осуществляться при температуре, приблизительно равной температуре окружающей среды. Представляется предпочтительным, чтобы продолжительность перемешивания регенерационного материала с битумной эмульсией не превышала 60 с.
Представляется предпочтительным, чтобы неуплотненные образцы асфальтобетонной битуминозной смеси перед уплотнением помещались на 30 минут в печь, в которой поддерживается температура 40°С. Представляется предпочтительным, чтобы каждый образец подвергался уплотнению с помощью уплотнительной машины вращательного типа, выпускаемой на рынок под товарным знаком Super-pave™ SGC (аббревиатура от Super-pave™ gyratory compactor - уплотнительная машина вращательного типа, выпускаемая на рынок под товарным знаком Super-pave™), в 150-миллиметровой уплотнительной форме при внешнем угле 1,25°, при лобовом давлении 600 кПа и при 30 оборотах. Уплотнительная форма не должна подвергаться нагреванию. Затем сразу же после завершения операции уплотнения уплотненные образцы асфальтобетонной битуминозной смеси экструдируются из уплотнительной формы. Представляется предпочтительным, чтобы уплотненные образцы помещались, обычно на 72 часа, в печь с принудительной тягой, в которой поддерживается температура 40°С и в которой вентиляция осуществляется по бокам и сверху.
Полученные образцы асфальтобетонной битуминозной смеси подвергаются по меньшей мере трем тестам на испытание их эксплуатационных характеристик. Это тест на связывание, тест на влаговосприимчивость и тест на модуль. Представляется предпочтительным, чтобы тестирование эксплуатационных характеристик образцов асфальтобетонной битуминозной смеси осуществлялось также с использованием теста на термическое трещинообразование и теста на прочность. Этими тестами определяются эксплуатационные характеристики образцов и пригодность проектируемой асфальтобетонной битуминозной смеси для реконструкции соответствующего участка дороги.
Представляется предпочтительным, чтобы для проведения тестирования образцов асфальтобетонной битуминозной смеси на связывание использовался когезиометр. Цель теста на связывание состоит в оценке способности испытуемых образцов к краткосрочному затвердеванию. Результаты этого теста являются показательными в отношении того, насколько быстро будет происходить затвердевание регенерируемого материала в процессе реального осуществления проекта по реконструкции асфальтобетонного покрытия участка дороги.
Представляется предпочтительным, чтобы тестирование [образцов асфальтобетонной битуминозной смеси] на связывание осуществлялось в соответствии с требованиями, изложенными в Разделах 10, 11, 12 и 13 Американского Стандарта ASTM D 1560 (ASTM - аббревиатура от American Standard Test Methods - американские стандартные методы испытаний), озаглавленного «Standard Test Methods for Resistance to Deformation and Cohesion of Bituminous Mixtures by Means of Hveem Apparatus» («Стандартные методы испытаний на сопротивление деформации и сцепления асфальтобетонных битуминозных смесей с помощью аппарата Hveem»), при следующих исключениях: испытательное устройство модифицировано для приспособления его к образцам диаметром 150 мм и скорость нагружения составляет 27000 граммов в минуту. Образцы асфальтобетонной битуминозной смеси приготовляются так же, как описано выше, за исключением того, что перед тестированием им предоставляется возможность затвердевания в течение одного часа при температуре 25°С. Измеренное значение характеризует свойства сцепления асфальтобетонной битуминозной смеси. Кроме того, эта величина сцепления характеризует также осыпаемость асфальтобетонной битуминозной смеси.
Представляется предпочтительным, чтобы прочность образцов измерялась с помощью непрямых испытаний прочности на растяжение ITS [test] (аббревиатура от indirect tensile strength test - непрямое испытание прочности на растяжение). Цель этих испытаний состоит в определении прочности затвердевших образцов. Результаты этих испытаний показывают предел прочности испытуемого образца. Представляется предпочтительным, чтобы для непрямых испытаний прочности на растяжение образцы высушивались в течение 72 часов при температуре 40°С. После затвердевания испытуемые образцы охлаждаются при температуре окружающей среды минимум в течение 4 часов и максимум в течение 24 часов. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы тестирование образцов асфальтобетонной битуминозной смеси осуществлялось в соответствии с требованиями, изложенными в Разделах 8.10, 8.11, 8.11.1 и 9 Американского Стандарта ASTM D 4867, озаглавленного «Standard Test Method for Effect of Moisture on Asphalt Concrete Paving Mixtures» («Стандартный метод испытаний на действие влаги на асфальтобетонные смеси для дорожного покрытия»), при следующих исключениях: образцы асфальтобетонной битуминозной смеси приготовляются, как описано выше, при этом не предъявляется каких-либо требований к минимальному или максимальному количеству воздушных пустот в испытуемых образцах и для каждого значения содержания битумной эмульсии испытанию подвергаются два образца.
Способность образца асфальтобетонной битуминозной смеси противостоять разрушительному воздействию влаги измеряется с помощью теста на влаговосприимчивость. Цель этого теста состоит в определении потери прочности образцов при воздействии на них таких факторов, как увлажнение и замораживание. При проведении теста на влаговосприимчивость для увлажненных образцов создаются те же условия и на них проводятся те же объемные измерения, что и при непрямом испытании прочности на растяжение, описанном выше. Представляется предпочтительным, чтобы тестирование образцов асфальтобетонной битуминозной смеси осуществлялось в соответствии с требованиями, изложенными в Разделах 8 и 9 Американского Стандарта ASTM D 4867, при следующих исключениях: образцы приготовляются, как описано выше, при этом не предъявляется каких-либо требований к минимальному или максимальному количеству воздушных пустот в испытуемых образцах, для каждого значения содержания битумной эмульсии испытанию подвергаются два образца и испытуемые образцы подвергаются вакуумному насыщению до объемов пустот приблизительно от 55% до 75%. Представляется предпочтительным, чтобы для более холодных климатических условий осуществлялась процедура замораживания и оттаивания, описанная в Разделе 8,7, за тем исключением, что перед тестированием образцы подвергаются оттаиванию в водяной бане приблизительно в течение 24 часов при температуре 25°С. При делении средней прочности увлажненного образца на среднюю прочность сухого образца получается коэффициент остаточной прочности. Этот коэффициент характеризует отслоение и потери прочности, что приводит к образованию колеи и выбоин. Для большинства проектов слоя асфальтобетонного дорожного покрытия при регенерации на полную глубину покрытия остаточная стабильность слоя должна быть минимум приблизительно 50%.
Модуль каждого образца измеряется с целью оценки относительного качества материалов, а также для получения данных для проектирования или оценки и анализа асфальтобетонного дорожного покрытия. Этот тест является неразрушающим. По диаметру или по оси образца выполняются испытания в соответствии с методами, предусмотренными стандартами ASTM D 4123, AASHTO TP31 или эквивалентными им стандартами. Представляется предпочтительным, чтобы модуль измерялся в соответствии с требованиями, изложенными в Американском Стандарте ASTM D 4123, озаглавленном «Standard Test Method for Indirect Tension Test for Resilient Modulus of Bituminous Mixtures» («Стандартный метод непрямых испытаний на модуль упругости при растяжении асфальтобетонных битуминозных смесей»), при следующих исключениях: образцы асфальтобетонной битуминозной смеси приготовляются, как описано выше, для каждого значения содержания битумной эмульсии испытанию подвергаются два образца, используется одна температура тестирования, равная 25°С, частота нагружения равна 1 Гц и каждый образец испытывается на модуль упругости только один раз. Представляется предпочтительным, чтобы этот тест выполнялся перед непрямыми испытаниями прочности на растяжение на тех же образцах.
Для тестирования образцов асфальтобетонной битуминозной смеси на растрескивание от температурных напряжений они могут быть подвергнуты непрямым испытаниям на разрыв IDT [test] (аббревиатура от indirect tensile test - непрямые испытания на разрыв). Эти непрямые испытания на разрыв позволяют конкретно оценить точку начала растрескивания асфальтобетонной битуминозной смеси при воздействии низких температур. Эти испытания позволяют предсказать наинизшую температуру, которую может выдержать данная асфальтобетонная битуминозная смесь без растрескивания верхнего слоя дорожного покрытия с регенерацией на полную глубину покрытия. Непрямые испытания на разрыв включают два последовательно выполняемых теста: тест на ползучесть при растяжении и тест на прочность при растяжении. Представляется предпочтительным, чтобы непрямые испытания на разрыв выполнялись в соответствиями с требованиями стандарта AASHTO ТР 9-96, озаглавленного «Standard Test Method for Determining the Creep Compliance and Strength of Hot Mix Asphalt (HMA) Using the Indirect Test Device» («Стандартный метод испытаний для определения ползучести и прочности горячей асфальтобетонной смеси с использованием устройства для непрямого тестирования»), при следующих исключениях: образцы асфальтобетонной битуминозной смеси должны быть приблизительно 150 мм в диаметре и по меньшей мере 115 мм по высоте, а также должны быть уплотнены до такой степени, чтобы воздушные пустоты составляли ту же долю, что и в запроектированной для реального дорожного покрытия асфальтобетонной битуминозной смеси ±1%. Представляется предпочтительным, чтобы испытуемые образцы предварительно затвердевали в течение приблизительно 72 часов при температуре 40°С. После затвердевания от каждого уплотненного образца отрезается столбик высотой приблизительно 50 мм. Отрезанные столбики подвергаются измерению плотности.
Представляется предпочтительным, чтобы для каждого из трех значений температуры испытывались минимум два образца. Три значения температуры выбираются с интервалом приблизительно 10°С таким образом, чтобы этот температурный диапазон охватывал значение, задаваемое техническими условиями. Например, если техническими условиями задается значение температуры -25°С, то в качестве тройки испытательных температур следует выбрать температуры -20°С, -30°С и -10°С или -40°С. Испытания на прочность при растяжении должны на каждом образце выполняться непосредственно после испытаний на ползучесть при растяжении при той же температуре, что и испытания на ползучесть. Температурная камера должна обеспечивать достижение достаточно низких температур, по меньшей мере - температуры -40°С.
Критическая температура термического трещинообразования определяется графически как пересечение рассчитанной кривой температурных напряжений дорожного покрытия (построенной по данным испытаний на ползучесть при растяжении) и линии прочности при растяжении (это линия, соединяющая средние значения прочности при растяжении при трех значениях температуры). Для проведения этих испытаний значение температуры термического трещинообразования, предсказываемая непрямыми испытаниями на разрыв, должно удовлетворять требованиям, определяемым для климатических условий, в которых осуществляется проект реконструкции, с помощью программы LTPP Bind™, при этом наинизшее значение температуры на поверхности слоя регенерированного на полную глубину дорожного покрытия выбрано с достоверностью 98%.
2
При необходимости, с целью придания слою регенерированного на полную глубину дорожного покрытия желаемых свойств в состав проектируемой асфальтобетонной битуминозной смеси могут вводиться определенные добавки. В качестве таких добавок могут быть использованы известь, дополнительный материал-заполнитель, материал регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, то есть материал, взятый из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия, полимеры, летучая зола, цемент, химические продукты, такие как, например, хлористый кальций (CaCl), а также комбинации этих веществ.
Если подлежащий регенерации материал реконструируемого асфальтобетонного дорожного покрытия в пределах реконструируемого участка дороги различается по своим свойствам, то следует постараться разработать такие составы асфальтобетонной битуминозной смеси, которые удовлетворяли бы требованиям, предъявляемым к соответствующим сегментам реконструируемого участка дороги. Например, для некоторых сегментов реконструируемого участка дороги может потребоваться более высокое содержание битумной эмульсии в составе асфальтобетонной битуминозной смеси, чем для других.
Перед началом практического осуществления предлагаемого способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия с обочин существующего асфальтобетонного дорожного покрытия удаляется трава и другая растительность во избежание загрязнения размельченного асфальтобетонного материала в процессе операции регенерации.
Существующее асфальтобетонное дорожное покрытие должно подвергаться размельчению на требуемую глубину и ширину. Представляется предпочтительным, чтобы после размельчения верхнего слоя толщина оставшегося на дороге нетронутого покрытия была меньше 2,54 см (1 дюйма). Представляется наиболее предпочтительным, чтобы дорожное покрытие подвергалось размельчению практически полностью, даже с захватом некоторого количества материала расположенного под слоем асфальтобетонного дорожного покрытия слоя дорожного основания, например материала-заполнителя или глины. Представляется предпочтительным, чтобы дорожное покрытие подвергалось регенерации на глубину приблизительно от 10,16 см до 30,48 см (приблизительно от 4 дюймов до 12 дюймов). Представляется предпочтительным, чтобы регенерируемый слой дорожного покрытия более чем приблизительно на 5,08 см (2 дюйма) представлял собой асфальтобетон. Представляется более предпочтительным, чтобы дорожное покрытие подвергалось регенерации на глубину приблизительно от 10,16 см до 20,32 см (приблизительно от 4 дюймов до 8 дюймов). Представляется наиболее предпочтительным, чтобы дорожное покрытие подвергалось регенерации на глубину приблизительно от 15,24 см до 20,32 см (приблизительно от 6 дюймов до 8 дюймов). В составе регенерационного материала доля материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия, то есть материала, взятого из прежнего асфальтобетонного дорожного покрытия, обычно составляет 20-100 об.%. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения доля материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия в составе регенерационного материала составляет 40-100 об.%, а в наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения доля материала регенерируемого асфальтобетонного дорожного покрытия в составе регенерационного материала составляет 60-100 об.%. Образцы размельченного материала асфальтобетонного дорожного покрытия следует брать приблизительно через каждые 134 м (приблизительно через 1/12 мили) и перед добавлением битумной эмульсии подвергать просеиванию на предмет установления того, удовлетворяет ли размельченный материал требованиям, предъявляемым к максимальному размеру частиц, выработанным при проектировании асфальтобетонной битуминозной смеси.
В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению для размельчения материала существующего асфальтобетонного дорожного покрытия используется самоходный регенерационный агрегат, обеспечивающий размельчение материала на желаемую глубину за один проход. Представляется предпочтительным, чтобы в процессе размельчения материала дорожного покрытия обеспечивалась возможность регулирования глубины регенерируемого слоя. Возможности регенерационно-размельчительного агрегата используются для размельчения материала асфальтобетонного дорожного покрытия до желаемого размера частиц с одновременным перемешиванием этого размельченного материала с россыпными материалами слоев дорожного основания и битумной эмульсией. Представляется предпочтительным, чтобы весь размельченный материал асфальтобетонного дорожного покрытия был переработан таким образом, чтобы он удовлетворял требованиям, предъявляемым к максимальному размеру частиц, выработанным при проектировании асфальтобетонной битуминозной смеси.
Представляется предпочтительным, чтобы при осуществлении способа по предлагаемому изобретению используемый регенерационный агрегат был снабжен узлом, обеспечивающим возможность измерения количества воды и битумной эмульсии и получения необходимых пропорций компонентов. Представляется предпочтительным, чтобы такой узел был сопряжен с устройством для измерения количества жидкостей с компьютерным управлением. Узел размельчения материала дорожного покрытия может быть либо выполненным за одно с регенерационным агрегатом, либо может находиться в его составе. Представляется предпочтительным, чтобы устройство для измерения количества жидкостей было выполнено с возможностью автоматического регулирования расхода битумной эмульсии в целях компенсации возможных изменений скорости работы размельчительного узла.
Битумная эмульсия и вода должны добавляться к размельченному материалу асфальтобетонного дорожного покрытия с некоторым начальным расходом, который определяется на стадии проектирования асфальтобетонной битуминозной смеси. При необходимости, в зависимости от покрывающих и тормозных свойств асфальтобетонной битуминозной смеси, расход подаваемых для получения асфальтобетонной битуминозной смеси битумной эмульсии и воды подвергается подстройке. В соответствии с анализом взятых образцов дорожного покрытия и данными, полученными при проектировании асфальтобетонной битуминозной смеси, на разных сегментах реконструируемого участка дороги может понадобиться разный расход битумной эмульсии.
Представляется желательным, чтобы температура битумной эмульсии при укладывании асфальтобетонной битуминозной смеси не превышала 49°С (120°F). В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению температура битумной эмульсии при укладывании асфальтобетонной битуминозной смеси находится в пределах от 15,5°С до 49°С (от 60°F до 120°F).
Асфальтобетонная битуминозная смесь для регенерации асфальтобетонного дорожного покрытия на полную глубину покрытия выходит из смесительной камеры и распределяется по поверхности дороги. Затем осуществляется уплотнение распределенной асфальтобетонной битуминозной смеси. Для уплотнения регенерационной асфальтобетонной смеси в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения используются катки. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения уплотнение регенерационной асфальтобетонной смеси осуществляется с помощью катка с кулачковым вальцом, за которым следует моторный грейдер, убирающий следы от кулачков, вслед за которым проходят стальной каток и пневматический каток. Представляется предпочтительным, чтобы после завершения операции уплотнения регенерированного материала дорожного покрытия движение транспорта по дороге не возобновлялось до достаточного затвердевания уложенного регенерированного материала.
Еще один аспект предлагаемого изобретения состоит в визуальном текущем контроле процесса. Номинальная глубина размельчения подвергающегося регенерации слоя дорожного покрытия должна проверяться на вертикальных срезах по обе стороны фрезеруемой выемки приблизительно через каждые 134 м (приблизительно через 1/12 мили). Контролируется также верхний размер желаемого гранулометрического состава асфальтобетонной битуминозной смеси. Представляется предпочтительным, чтобы текущий контроль уплотнения накладываемого слоя асфальтобетонного покрытия при регенерации на полную глубину покрытия с целью обеспечения надлежащей степени уплотнения осуществлялся с использованием устройства для измерения плотности. Кроме того, следует осуществлять периодический контроль содержания битумной эмульсии в составе асфальтобетонной битуминозной смеси, используемой для получения накладываемого слоя асфальтобетонного покрытия при регенерации на полную глубину покрытия.
Материал наложенного при регенерации на полную глубину слоя асфальтобетонного покрытия способен выдерживать транспортные потоки до наложения поверх него поверхностного слоя износа. Если поверх регенерированного слоя наложен поверхностный слой износа, то ему следует дать время на затвердевание, пока его влагосодержание не понизится до приблизительно до 2,5 мас.% или ниже. Поверхностный слой износа может быть получен холодным, теплым или горячим нанесением асфальтобетонной смеси, нанесением водоизолирующего слоя, нанесением по технологии «чипсилинга», поверхностной обработкой жидким битумом или битумной эмульсией или другой поверхностной обработкой, например нанесением бетонного слоя. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения выполняется проектирование дорожного покрытия для определения надлежащей толщины слоя износа.
Представляется предпочтительным, чтобы способ по предлагаемому изобретению осуществлялся при температуре окружающей среды минимум приблизительно +4,5°С (приблизительно 40°F). В наиболее предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению температура окружающей среды составляет минимум приблизительно 10°С (приблизительно 50°F). Представляется предпочтительным, чтобы при проведении работ по осуществлению способа по предлагаемому изобретению не было тумана или дождя. Представляется предпочтительным, чтобы после нанесения регенерированного дорожного покрытия способом по предлагаемому изобретению в течение семи суток не было температур, приводящих к замерзанию.
При проектировании слоя дорожного покрытия, регенерируемого на полную глубину, с использованием теста на сцепление, теста на влаговосприимчивость и теста на модуль обеспечивается возможность получения слоя асфальтобетонного дорожного покрытия повышенного качества. При осуществлении способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению обеспечивается возможность удаления таких повреждений дорожного покрытия, как трещины и колеи, возможность восстановления выпуклостей, поддержания габаритов дорожных сооружений и высоты бордюрного камня, улучшения гранулометрического состава материала-заполнителя, повышения качества асфальтобетонного дорожного покрытия относительно качества первоначального покрытия, повторного использования существующих материалов дорожного покрытия, минимизации потребности в дополнительных материалах, минимизации закрытия полос дороги для движения транспорта, а также обеспечивается возможность получения нового, улучшенного слоя износа. При осуществлении способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению обеспечивается улучшение свойств асфальтобетонного дорожного покрытия в отношении сопротивляемости осыпанию, образованию изолированных выбоин, обеспечивается постоянство содержания битумной эмульсии в асфальтобетонной битуминозной смеси, уменьшение времени затвердевания, снятие ряда проблем, связанных с уплотнением наложенного покрытия, с разрушением его под действием транспортного потока, улучшение характеристик влаговосприимчивости и сопротивляемости трещинообразованию. Реконструированное способом по предлагаемому изобретению асфальтобетонное дорожное покрытие является более однородным, более предсказуемым, имеет улучшенные эксплуатационные характеристики, увеличенный срок службы, лучший модуль, улучшенную эластичность и улучшенные характеристики затвердевания по сравнению с асфальтобетонным дорожным покрытием, реконструированным известными способами.
При осуществлении способа реконструкции дороги с асфальтобетонным покрытием с регенерацией на полную глубину покрытия по предлагаемому изобретению обеспечивается также увеличение доли времени (дней в году), пригодного для выполнения работ по реконструкции, поскольку реконструкция асфальтобетонного дорожного покрытия по предлагаемому способу может осуществляться при более низких температурах благодаря тому, что уплотнение и затвердевание регенерационного материала при регенерации на полную глубину покрытия происходят за более короткое время, чем при известных способах реконструкции асфальтобетонного дорожного покрытия. По достижении асфальтобетонным дорожным покрытием, реконструированным способом по предлагаемому изобретению, конца своего срока службы оно может быть подвергнуто реконструкции этим же способом.
Как можно видеть из вышеизложенного, при применении способа по предлагаемому изобретению вполне обеспечивается достижение целей, указывавшихся выше, при этом заявляемый способ обладает также другими присущими ему очевидными достоинствами.
Поскольку возможно много различных вариантов осуществления предлагаемого изобретения без выхода за пределы его объема, должно быть понятно, что вся изложенная в настоящем описании информация должна толковаться не в ограничительном смысле, а как имеющая иллюстративное назначение.
Хотя выше описывались и обсуждались конкретные варианты осуществления предлагаемого изобретения, должно быть понятно, что возможны различные другие модификации и предлагаемое изобретение не ограничивается конкретными формами или расположением частей устройств или стадий способа, как показано в вышеприведенном описании, если только подобного рода ограничения не включены в формулу изобретения, которая приводится ниже. Кроме того, должно быть понятно также, что полезными могут быть и некоторые отдельные признаки и/или некоторые отдельно взятые субкомбинации признаков предлагаемого изобретения, которые могут быть использованы без ссылки на другие признаки и/или субкомбинации признаков предлагаемого изобретения. Такого рода обстоятельства также предусматриваются предлагаемым изобретением и охватываются объемом предлагаемого изобретения.