СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ И КОНСТРУКЦИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ, ПОЛУЧЕННАЯ ЭТИМ СПОСОБОМ
METHOD FOR ROAD PAVEMENT FORMATION AND ROAD PAVEMENT STRUCTURE OBTAINED BY THIS METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к дорожному строительству и конкретно к способам защиты конструкции дорожной одежды от разрушающего воздействия воды.
Уровень техники
Известны способы защиты дорожных конструкций от разрушающего действия воды, основанные на использовании различных дренажных систем из труб и/или решеток, (см. патент RU 2035536, МПК: Е01С 3/06, опубл. 20.05.95 или патент RU 2233934, МПК: Е01С 3/00, опубл. 10.08.2004). Однако подобные конструкции трудоемки и направлены на отвод воды от земляного основания дороги, при этом совсем не решается проблема защиты верхних слоев дорожной одежды.
Другая группа способов основана на устройстве в конструкции дорожной одежды гидроизолирующего слоя на основе того или иного гидроизоляционного материала.
Известна конструкция дорожной одежды, включающая уложенный на грунт слой гидроизоляции в виде пенопласта в пленке («Типовые конструкции дорожных одежд городских дорог», утв-е приказом Министра ЖКХ РСФСР №210 от 15.04.1980). Упомянутый слой гидроизоляции защищает от размыва грунтовое основание дороги, однако проникающая через поры асфальта вода скапливается на поверхности пленки, усугубляя разрушение верхних слоев дорожной одежды.
Проблема защиты верхних слоев дорожной одежды, т.е. асфальтового покрытия от действия воды, скапливающейся в порах асфальта, особенно актуальна для регионов с резкими колебаниями дневных и ночных температур в весенний и осенний периоды времени. Циклически повторяющиеся процессы кристаллизации льда в заполненных водой порах асфальта, сопровождающиеся увеличением объема, способствуют образованию в дорожном покрытии разрывов и трещин, приводящих в последующем к формированию ям.
Известен способ формирования дорожного покрытия (см. патент RU 2202023, МПК: Е01С 7/18, опубл. 10.04.2003 г.), включающий последовательную укладку на дорожное основание трещинопрерывающего слоя, защитного слоя и несущего слоя из полимерасфальтобетона. В качестве защитного слоя используют наплавляемый кровельный гидроизоляционный материал - рубероид.
Известна дорожная одежда (см. патент RU 81500 U1, МПК: Е01С 7/32, опубл. 20.03.2009 г), содержащая последовательно расположенные на несущем основании: грунтовочный слой на основе битумно-полимерного или битумного вяжущего, гидроизолирующий слой из наплавляемого битумно-полимерного гидроизоляционного материала Техноэласт МОСТ С и покрытие из двух или более слоев асфальтобетона.
Существенным недостатком использования наплавляемых материалов для формирования гидроизолирующего слоя является необходимость применения специальных горелок или огневых пушек для создания температуры порядка 500°C, необходимой для расплавления нижнего слоя гидроизоляционного материала с целью его соединения с основанием.
Другим недостатком является невозможность соединения гидроизоляционного материала с укладываемым поверх него слоем асфальтобетона, т.к. температура асфальтобетонной смеси в начале процесса ее укладки составляет не более 140°-150°C. Такой температуры недостаточно для расплавления гидроизоляционного материала. В результате он образует разделительный слой между верхними слоями дорожного покрытия и несущим основанием. Проникающая через поры асфальта вода лишь отчасти стекает по материалу на обочину, гораздо большая ее часть скапливается поверх материала, ускоряя при замерзании разрушение асфальтового покрытия.
Кроме того, недостатками использования наплавляемых материалов являются малая производительность работ и высокие требования, предъявляемые к чистоте и качеству основания, на которое производится укладка, что ограничивает область применения упомянутых материалов сооружениями типа мостов, путепроводов, взлетных полос аэродромов, где основанием является металлическая или бетонная ортотропная плита.
Известно дорожное покрытие, включающее основание, гидроизолирующий слой из полимерно-битумной мастики, нанесенную поверх него сетку, предотвращающую вспучивание, и слой из полимерно-битумной асфальто-бетонной смеси (см. патент RU 60536 U1, МПК: Е01С 7/32, опубл. 27.01.2007).
Известна конструкция дорожной одежды, в которой гидроизолирующий слой выполняют из полимочевины, поверх него наносят слой зацепления из полимочевины с временем гелеообразования не менее 60 с и погруженной в него каменной мелочью, далее наносят адгезионный слой и два слоя асфальтобетона (см. патент RU 117454 U1, МПК: E01D 19/08, опубл. 27.06.2012).
Недостатки использования полимерно-битумной мастики схожи с недостатками применения полимочевины, к ним относятся: дорогостоящее сырье, включающее компоненты, смешиваемые непосредственно перед использованием, ограниченное время годности приготовленной смеси, потребность в квалифицированном персонале и специализированной технике. Кроме того, упомянутые материалы нельзя наносить на пористую подложку, а потому требуется тщательная подготовка и грунтовка основания, что дополнительно ограничивает область их использования.
Как показал проведенный анализ уровня техники, практически все известные на сегодняшний момент способы предназначены для устройства гидроизоляции на небольших ответственных локальных участках дорог, при этом во всех случаях гидроизолирующий слой защищает лишь несущее основание дорожной одежды.
В качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками заявляемого технического решения принята конструкция дорожной одежды, включающая несущее основание, покрытие из асфальтобетона и защитный слой из гидроизоляционного материала на синтетической основе, размещенный под слоем асфальтобетона покрытия (см. патент RU 2177523, МПК: E01D 19/08, Е01С 7/32, опубл. 27.12.2001).
Способ формирования упомянутой дорожной одежды включает подготовку основания, укладку защитного слоя из гидроизоляционного материала и нанесение поверх него слоя асфальтобетонного покрытия.
Утверждения авторов патента RU 2177523 о том, что при укатывании асфальтобетона происходит его надежное сцепление со слоем гидроизоляции, «проникающим в слой асфальта», не подкреплены никакими сведениями. При этом из выложенных интернет-источников известно, что используемый в упомянутом решении гидроизоляционный материал Мостопласт является наплавляемым и характеризуется теплостойкостью 150°C, а значит для его приклеивания и соединения с другими слоями дорожной одежды требуется нагрев до температур, превышающих максимальную температуру асфальтобетонной смеси. О наплавлении материала свидетельствует и необходимость предварительной пескоструйной обработки бетонной плиты - основания, на которое осуществляется укладка материала, указанной в материалах описания к упомянутому патенту. Если соединение гидроизоляционного материала с основанием осуществляется за счет расплавления нижнего слоя материала, например, под воздействием специальных горелок, то каким образом и за счет чего будет обеспечиваться «проникание» защитного слоя в материал размещаемого поверх него дорожного покрытия, не понятно. Ведь теплостойкость материала существенно превышает температуру укладываемой сверху асфальтобетонной смеси.
Заявляемое изобретение направлено на повышение защиты конструкции дорожной одежды, в том числе ее верхних слоев, от разрушающего воздействия воды, проникающей через поры асфальта, на разработку простой и надежной гидроизоляции, которая могла бы использоваться для любых автомобильных дорог и магистралей, обеспечивая долговечность их эксплуатации.
Раскрытие изобретения
Решение вышеупомянутой технической задачи обеспечивается благодаря тому, что в способе формирования дорожной одежды, включающем укладку защитного слоя из гидроизоляционного материала и нанесение поверх него слоя асфальтобетонного покрытия, согласно заявляемому изобретению, в качестве гидроизоляционного материала используют двусторонний самоклеящийся битумно-полимерный материал, характеризующийся равномерной адгезией по толщине и теплостойкостью не более 90°C.
Решение вышеупомянутой технической задачи обеспечивается также благодаря тому, что в конструкции дорожной одежды, включающей основание, асфальтобетонное покрытие и защитный слой из гидроизоляционного материала, размещенный под слоем асфальтобетонного покрытия, согласно заявляемому изобретению, защитный слой выполнен из двустороннего самоклеящегося битумно-полимерного гидроизоляционного материала, характеризующегося равномерной адгезией по толщине и теплостойкостью не более 90°C.
В случае выполнения асфальтобетонного покрытия из двух или более слоев, слой гидроизоляционного материала размещают между слоями покрытия. Предпочтительно его укладывают под самый верхний финишный слой асфальтобетонного покрытия.
Достигаемые технические результаты заключаются в повышении надежности гидроизоляции за счет обеспечения надежного сцепления слоя гидроизоляции, как с нижерасположенным слоем, так и с вышерасположенным слоем асфальтобетона, простоте технологической реализации, что позволяет использовать предлагаемое техническое решение на протяженных участках дорог, а также в увеличении толщины защищаемого «дорожного пирога».
Предлагаемое изобретение может быть использовано как при строительстве новых автомобильных дорог, магистралей, мостов, парковок, взлетных полос аэродромов и т.д., так и при ремонте эксплуатируемых.
Использование предлагаемого изобретения позволит существенно увеличить срок службы дорожной одежды и межремонтные сроки эксплуатации дорожного покрытия.
Возможность надежного сцепления слоя гидроизоляции с выше- и нижерасположенными слоями асфальтобетона или иного материала и надежная работа конструкции, предотвращающая разрушение нижних слоев дорожной одежды, обеспечены свойствами используемого самоклеящегося битумно-полимерного гидроизоляционного материала.
Суть заявляемого технического решения поясняется приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - предлагаемая конструкция дорожной одежды в разрезе, схематично;
на фиг. 2 - используемый гидроизоляционный материал, фотография;
на фиг. 3 - показан срез образца дорожного покрытия, выполненного с использованием предлагаемого изобретения.
на фиг. 4 - конструкция дорожной одежды, содержащей один слой асфальтобетона, выполненная согласно предлагаемому изобретению.
Осуществление изобретения
Как известно, любая конструкция дорожной одежды содержит несущее основание и покрытие, состоящее из одного или нескольких слоев асфальтобетона, при этом и основание, и покрытие могут содержать дополнительные слои (см. свод правил СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги» от 01.07.2013).
На фиг. 1 приведен пример предлагаемой конструкции дорожной одежды, которая включает сформированное поверх земляного полотна 1 несущее основание 2 и размещенное на нем покрытие, состоящее из двух слоев асфальтобетона 3 и 4. Под верхним слоем 4 асфальтобетона размещен защитный гидроизолирующий слой, выполненный из рулонного двустороннего самоклеящегося битумно-полимерного гидроизоляционного материала 5, характеризующегося равномерной адгезией по толщине и теплостойкостью не более 90°C.
В качестве такого гидроизоляционного материала может быть использован известный промышленно выпускаемый гидроизоляционный материал «Ризолин-паркинг», производства компании ООО «Ризолин», г. Омск.
Упомянутый материал имеет толщину порядка 4-5 мм и сравнительно однородную структуру (см. фиг. 2) с высокими, равномерно распределенными по всей толщине материала адгезионными свойствами к различного рода поверхностям в условиях низких температур от +5°C.
В отличие от наплавляемых, такой гидроизоляционный материал укладывается без применения каких-либо горелок и нагревателей и «схватывается» с холодным нижерасположенным слоем дорожной одежды даже при незначительном прижатии.
Высокие адгезионные свойства материала обусловлены свойствами битумно-полимерного состава, нанесенного по обеим сторонам армирующей основы из полиэстера или полиэфира.
Наличие армирующей основы обеспечивает высокое сопротивление материала к статическому продавливанию, которое составляет не менее 250 Н.
Упомянутый гидроизоляционный материал характеризуется теплостойкостью порядка 70÷80°C в вертикальном положении, что существенно меньше температуры асфальтобетонной смеси.
Под действием укладываемой на него сверху горячей асфальтобетонной смеси такой материал размягчается и проникает между частицами асфальтобетона, образуя с ними надежное соединение. При этом полное расплавление материала исключено, во-первых, за счет того, что реальная температура асфальтобетонной смеси намного ниже рекомендуемой максимальной, что объясняется ее взаимодействием с более холодным окружающим воздухом в процессе транспортировки, а также быстрым снижением ее температуры при взаимодействии с холодным слоем гидроизоляции, на который происходит ее укладка. Во-вторых, наличие армирующей основы и модифицирующих полимерных добавок способствуют устойчивости структуры гидроизоляционного материала, предотвращая его растекание.
На фиг. 3 показан срез образца дорожного покрытия, полученного путем укладки слоя асфальтобетона 4 на самоклеящийся гидроизоляционный материал 5, помещенный на полимерную пленку второй стороной для возможности его последующей демонстрации. Как видно на фотографии, слой гидроизоляционного материала 5 практически на всю свою толщину проник в верхний слой и распределился между частицами асфальтобетона.
Для проверки надежности полученного соединения были проведены попытки отделить слой гидроизоляционного материала 5 от слоя 4 асфальтобетона, которые оказались безуспешными.
«Ризолин-паркинг» выпускается в виде рулонов, что обеспечивает удобство его последующего использования. Слои материала в рулоне разделены между собой бумагой или полимерной пленкой, которая убирается при использовании. Все свойства гидроизоляционного материала сохраняются после его замораживания и последующего размораживания.
На фиг. 4 приведен еще один пример конструкции дорожной одежды, выполненный, согласно заявляемому изобретению, в котором гидроизоляционный слой 5 уложен непосредственно на несущее основание 2.
В отличие от наплавляемых материалов, предлагаемый самоклеящийся гидроизоляционный материал не предъявляет никаких специальных требований к основанию, и может быть уложен не только на ровную бетонную плиту, но и просто на уплотненный грунт или иное основание. Мелкие камни щебня, содержащиеся в основании, просто вдавливаются в материал, образуя с ним надежное соединение. Армирующая основа обеспечивает высокую устойчивость материала к разрывам. В случаях же попадания на основании острых камней и образовании повреждений материала, его относительная вязкость, высокие адгезионные свойства и возможность подплавления под действием солнечного тепла позволят сохранить гидроизоляционные свойства слоя за счет прилипания краев разрыва материала к расположенному в этом разрыве камню.
В отличие от наплавляемых материалов, самоклеящийся материал не требует применения огневых пушек и может быть уложен поверх слоя (слоев) асфальтобетонного покрытия, что позволяет увеличить толщину защищаемого «дорожного пирога». Предпочтительно гидроизоляционный материал размещают под верхним финишным слоем асфальтобетона, составляющим от 3-х до 7 см, который необходим для защиты гидроизоляции от механического воздействия колес автомашин.
Просачивание воды в такой конструкции дорожной одежды возможно только в пределах ее самого верхнего слоя, следовательно, и разрушение асфальта может происходить только в пределах этого слоя, т.е. на глубине не более 3-7 см. Такие повреждения несущественны, как для дорожного покрытия, так и для движущегося по нему транспорта. Все остальные слои дорожной одежды, расположенные ниже слоя гидроизоляции надежно защищены от проникновения воды и разрушения.
Благодаря тому, что вода может проникать только в пределах одного верхнего слоя, предлагаемая конструкция, в отличие от других дорог, поглощает (впитывает) существенно меньший объем воды. Заполнив имеющиеся пустоты, остальная вода просто стекает с дороги. Это же обеспечивает и более быстрое просыхание дороги после дождя или таяния снега под действием солнца и ветра.
Формирование защитного слоя осуществляют следующим образом.
Рулонный самоклеящийся гидроизоляционный материал 5 раскатывают поверх защищаемых сформированных слоев дорожной одежды. Отдельного прикатывания материала не требуется, хотя это может быть выполнено с применением известных технологий, например, посредством обычного катка.
Поверх гидроизоляционного материала 5 укладывают асфальтобетонную смесь и уплотняют ее обычным образом, формируя верхний слой 4 дорожного покрытия. В процессе прикатывания под действием горячей асфальтобетонной смеси и давления укатывающей техники гидроизоляционный материал размягчается, раздавливается и проникает одновременно в структуру и нижнего, и верхнего слоев, заполняя промежутки между частицами асфальтобетона, обеспечивая образование надежного соединения слоев дорожной одежды, образуя надежную гидроизоляцию всех нижерасположенных слоев дорожной одежды.
Предлагаемый к использованию гидроизоляционный материал характеризуется простотой укладки и высокой производительностью работ, отсутствием сложного оборудования. Минимальное содержание в гидроизоляционном материале наполнителей в виде полимеров и простота его использования обеспечивают сравнительно невысокую себестоимость дорожной одежды, что позволяет использовать предлагаемое техническое решение на протяженных участках автомобильных дорог и магистралей.
Благодаря тому, что адгезионные свойства материала работают при низких положительных температурах, обеспечивается возможность применения предлагаемой гидроизоляции в совокупности с т.н. «холодным асфальтом». Адгезионные качества материала и давление укатывающей техники обеспечат первоначальное соединение слоев, а в процессе последующей эксплуатации дорожной одежды будет происходить упрочнение упомянутого соединения, благодаря свойствам используемого гидроизоляционного материала. Под воздействием солнечного тепла, нагревающего поверхность дорожного покрытия, будет происходить размягчение гидроизоляционного материала, имеющего невысокую теплостойкость, а проезжающий по дороге транспорт будет способствовать уплотнению соединения слоев.
Таким образом, свойства используемого самоклеящегося гидроизоляционного материала способствуют тому, что в процессе последующей эксплуатации дороги происходит дальнейшее уплотнение связей слоя гидроизоляции с выше- и нижерасположенными слоями дорожного полотна. Такого эффекта не встречается ни в одном ранее известном решении.