ВОССТАНОВЛЕННОЕ АСФАЛЬТОБЕТОННОЕ ПОКРЫТИЕ

Предложение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, в частности, к ремонту и восстановлению дорожных асфальтобетонных покрытий, а также покрытий взлетно-посадочных полос аэродромов, и может быть использовано при их строительстве и ремонте.
Проблемы, возникающие в данной области, в основном связаны со значительным ростом деформаций асфальтобетонных покрытий, возникающих в процессе эксплуатации автомобильных дорог, а также с возникновением в покрытиях разрушений в виде колей, сеток трещин и выбоин. В частности, колеи образуются на полосах, предназначенных для движения тяжелых видов автотранспорта, на скоростных полосах движения, а также в местах остановок маршрутных транспортных средств. На участках разгона-торможения вблизи перекрестков и железнодорожных переездов появляются пластические деформации в виде сдвигов, волн и гребенок.
Развитие деформаций и разрушений на асфальтобетонных покрытиях приводит к снижению их эксплуатационного состояния, ухудшению комфортность движения, является причиной ДТП, что вызывает необходимость ежегодного проведения ремонтно-восстановительных работ покрытий.
Известно восстановленное цементобетонное покрытие (1), преимущественно дорог и аэродромов, в котором дефектные участки, материал которых предварительно срезан фрезерованием, покрыты полимерным связующим, образующим адгезионный слой, поверх которого размещен слой ремонтного строительного материала. Срок службы такого восстановленного цементобетонного покрытия увеличен за счет того, что
полимерное связующее наносят путем капиллярной подачи с одновременным воздействием на него ультразвуковых колебаний в процессе фрезерования дефектных участков покрытия.
Известно восстановленное асфальтобетонное покрытие (2), в верхнем дефектном слое которого выполнены канавки с определенным соотношением их глубины и ширины и с определенным соотношением ширины канавок и расстояния между смежными канавками, заполненными ремонтным материалом, представляющего собой смешанную с регенерирующими добавками крошку, полученную из материала покрытия, разрушенного в процессе прорезания упомянутых выше канавок. Поверхностный слой данного восстановленного асфальтобетонного покрытия, по существу, является армированным, состоящим из деформированных в процессе разравнивания и уплотнения полос регенерированного ремонтного материала и полос материала верхнего слоя покрытия, не разрушенных в процессе его восстановления. Данное восстановленное покрытие характеризуется высокой технологичностью, но не обладает достаточной прочностью.
Известны также восстановленные асфальтобетонные и цементобетонные покрытия дорог, а также взлетно-посадочных полос аэродромов (3), в верхнем слое дефектных, поврежденных участков которых выполнены углубления, заполненные уплотненной смесью ремонтного материала, которая представляет собой асфальтобетонную или цементобетонную смесь с различными добавками. Такие покрытия характеризуются высоким качеством и прочностью восстановленных участков при минимальных площадях их вскрытия, а также снятием всех ограничений на форму и размеры восстановленных участков покрытий.
Все перечисленные выше известные асфальтобетонные и цементобетонные покрытия не обладают прочностными свойствами, которые были бы достаточны при постоянно возрастающих нагрузках,
а традиционные методы их ремонта малоэффективны. После перекрытия деформированных и разрушенных покрытий новыми слоями ремонтного материала через короткий промежуток времени на покрытиях снова образуются колеи, трещины и выбоины.
При этом необходимо отметить, что цементобетонные покрытия, по сравнению с асфальтобетонными, не подвержены сдвиговым деформациям, имеют большую прочность, которая не зависит от температуры, а также высокий коэффициент сцепления с колесом автомобиля.
За последние 20 лет разработаны новые материалы на основе минеральных связующих и новое поколение многофункциональных высокопрочных бетонов, известные за рубежом как High Performance Concrete (HPC). Изначально высокопрочные бетоны были разработаны для промышленного и гражданского строительства. С появлением таких материалов появилась возможность разработать также технологию создания и ремонта асфальтобетонных покрытий с использованием модифицированных цементобетонов.
Технология восстановления асфальтобетонных или цементобетонных покрытий с использованием модифицированных цементобетонов, в частности для автомобильных дорог, известна за рубежом под названием "Ultra thin whitetopping" (4). Покрытия, восстановленные с использованием данной технологии, предусматривают наличие в них слоя ремонтного материала, в качестве которого используют модифицированный цементобетон. Толщина упомянутого выше слоя не превышает 4 см. Малая толщина слоя ремонтного материала является причиной низкого качества и недолговечности таких восстановленных покрытий.
Технический результат, достигаемый от использования предлагаемой полезной модели, состоит в повышении качества и ремонтопригодности восстановленных асфальтобетонных покрытий,
характеризующихся также увеличенным сроком службы.
Особенностью предлагаемого решения является использование в качестве ремонтного материала высокопрочного бетона толщиной слоя не менее 5 см, преимущественно толщиной 5-14 см.
В России высокопрочные бетоны получают из стандартных материалов, выпускаемых отечественной промышленностью. Высокие физико-механические свойства таких бетонов могут быть достигнуты за счет снижения водоцементного отношения (не выше 0,40) и введения добавок полифункционального действия. Модификаторы цементобетона, применяемые в отечественной промышленности, были разработаны на базе лаборатории добавок и модифицированных бетонов НИИЖБ (Научно-исследовательского института бетона и железобетона), что и позволило, в свою очередь, разработать целый ряд модификаторов для получения бетонов с различными свойствами, используемых при создании предлагаемого восстановленного асфальтобетонного покрытия
Область использования предлагаемого восстановленного асфальтобетонного покрытия с применением модифицированного цементобетона распространяется на:
- участки автомобильных дорог, подверженные образованию колеи, а также имеющие выбоины;
- перекрестки, участки разгона - торможения автотранспорта;
- остановки маршрутных транспортных средств.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в восстановленном асфальтобетонном дорожном покрытии, содержащем слой ремонтного материала, расположенный на очищенном исходном асфальтобетонном покрытии и содержащий ложные швы, согласно данному предложению, ремонтный материал представляет собой слой модифицированного высокопрочного бетона с модулем упругости Е=25000-45000 МПа, толщина которого составляет не менее 5 см, преимущественно 5-14
см, при этом ложные швы выполнены строго в продольном и в поперечном направлениях с образованием квадратных плит, расстояние между ложными швами составляет 1,5-5,0 м в плане, глубина ложных швов составляет 1/2 толщины слоя ремонтного материала, а на всю толщину слоя ремонтного материала выполнены прямолинейные герметизированные сквозные швы, расположение которых определяется местонахождением сквозных трещин, сформировавшихся ранее в асфальтобетонном покрытии на всю его толщину.
Кроме того, в предлагаемом восстановленном асфальтобетонном дорожном покрытии между исходным асфальтобетонным покрытием и слоем ремонтного материала может быть расположен слой цементно-коллоидного клея.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежом (см. фиг.), на котором показана структура восстановленного асфальтобетонного или цементобетонного покрытия, содержащего исходное покрытие 1 и слой 2 ремонтного материала, выполненный из высокопрочного модифицированного бетона, в котором нарезаны сквозные швы 3 (швы расширения) и ложные швы 4. Между исходным асфальтобетонным покрытием и слоем ремонтного материала размещен слой 5 цементно-коллоидного клея.
Технология создания предлагаемого восстановленного асфальтобетонного покрытия с использованием высокопрочного модифицированного цементобетона предполагает выполнение следующих операций:
- подготовка асфальтобетонного покрытия;
- укладка, уплотнение слоя ремонтного материала - высокопрочного модифицированного бетона, отделка его поверхности;
- уход за свежеуложенным ремонтным материалом;
- нарезка и герметизация швов в слое ремонтного материала
При создании восстановленного асфальтобетонного покрытия последовательно осуществляют фрезерование поврежденных участков
покрытия на глубину не менее 5 см, преимущественно на глубину 5-14 см, очистку отфрезерованной поверхности, разделку, очистку и герметизацию образовавшихся трещин, а также разметку мест нахождения сквозных трещин на не разрушенном асфальтобетонном покрытии.
Очистку участка покрытия после фрезерования производят водой под высоким давлением и сжатым воздухом. После очистки покрытия проводится его обработка водой или цементно-коллоидным клеем для обеспечения надежного сцепления между не разрушенным подготовленным слоем асфальтобетона и слоем ремонтного материала для обеспечения совместности функционирования данных слоев.
Основной особенностью предлагаемого восстановленного покрытия является укладка на подготовленное асфальтобетонное покрытие слоя ремонтного материала - модифицированной бетонной смеси, в качестве которой используют высокопрочный модифицированный бетон с модулем упругости Е=25000-45000 МПа.
При этом толщина слоя ремонтного материала составляет не менее 5 см, преимущественно, 5-14 см.
Укладку ремонтного материала производят бетоноукладчиком или вручную в зависимости от объемов ремонтных работ, а его уплотнение осуществляют рабочими органами бетоноукладчика или виброрейками.
Сразу после проведения работ по уплотнению ремонтного материала и отделке его поверхности производят уход за свежеуложенным восстановленным покрытием, осуществляемый с применением пленкообразующих материалов.
Заключительными операциями создания восстановленного асфальтобетонного покрытия являются нарезка и герметизация сквозных швов (швов расширения) и ложных швов в цементобетонном покрытии. Нарезку швов производят инструментом с алмазными дисками через 4-5 часов после укладки слоя ремонтного материала в виде
цементобетонного покрытия. Ширина упомянутых швов не должна превышать 8 мм. При этом сквозные швы нарезают на полную толщину цементобетонного покрытия в местах образования на асфальтобетонном покрытии сквозных трещин. Ложные швы устраивают на 1/2 толщины слоя ремонтного материала через каждые 1,5-5,0 м как в продольном, так и в поперечном направлениях, то есть в плане, с образованием квадратных плит.
Ложные швы необходимы для снижения усадочных напряжений, возникающих в процессе набора прочности цементобетона. Глубина нарезки ложных швов составляет 1/2 толщины ремонтного слоя и обосновывается технологическими и экономическими соображениями.
Сквозные швы устраивают в местах, размеченных на стадии подготовки асфальтобетонного покрытия. При этом вначале покрытие фрезеруют на глубину, преимущественно составляющую 5-14 см, что соответствует толщине укладываемого впоследствии слоя ремонтного материала.
На участке восстанавливаемого, подготовленного к ремонту отфрезерованного покрытия проводят визуальную диагностику, в процессе которой определяют местонахождение сквозных трещин, которые сформировались на всю толщину покрытия. Для их полного устранения необходимо было бы ремонтировать покрытие на всю его глубину послойно.
Выполнение, согласно данному предложению, слоя ремонтного материала из высокопрочного модифицированного бетона, обладающего модулем упругости Е=25000-45000 МПа, с толщиной 5-14 см, а сквозных и ложных швов указанной геометрии с образованием на поверхности восстановленного покрытия квадратных плит значительной площади, обеспечивает меньший коэффициент усталости (Куст.) предложенной конструкции по сравнению с известными.
Выбор высокопрочного цементобетона, толщины слоя ремонтного материала и расстояний между выполненными в нем ложными швами обоснованы теоретически и подтверждены данными, представленными в таблице.
pt
pt
-0,063
Известно, что коэффициент усталости (Куст.) цементобетона составляет Куст.=1,08. N =0,38, где N - количество автомобилей, проходящих за срок службы покрытия (перспективная интенсивность движения).
Для достижения заявляемого технического результата, необходимо, чтобы коэффициент условий работы конструкции (Кусл.) был меньше коэффициента усталости (Куст.), т.е. Кусл.<0,38.
упр.
Из таблицы видно, что в случае использования в качестве ремонтного материала высокопрочного модифицированного цементобетона с Е=25000-45000 Па, при толщине его покрытия 5 см и более, с расстоянием между ложными швами в плане 1,5-5,0 м, обеспечивается Кусл.<0,38. При этом при толщине ремонтного материала более 14 см также обеспечивается технический результат, однако, это экономически нецелесообразно.
упр.
Для сравнения в таблице приведены данные для покрытий из традиционных цементобетонов с Е=18000-33000 Па. В последнем случае для получения аналогичного технического результата потребуется гораздо большая толщина покрытий, что влечет увеличение расхода материала.
ТАБЛИЦА.
Вид ремонтного материала
Толщина слоя ремонтного материала, см
Расстояние между ложными швами, м
Коэффициент условий работы конструкции, Кусл.
Коэффициент усталости цементобетона, Куст.
4
1,5
0,42
3
1,75
0,40
5
1,5
0,36
6
1,75
0,35
7
2,10
0,26
7
1,20
0,42
Высокопрочный
7,5
1,00
0,44
модифицированный
8
4,0
0,37
0,38
цементобетон
9
4,2
0,37
Еупр=25-45 ГПа
10
4,5
0,20
11
4,7
0,18
12
5,0
0,16
13
6,0
0,40
14
7,0
0,41
16
5,0
0,37
Традиционный
20
5,5
0,36
цементобетон
22
6,0
0,31
0,38
Еупр=18-33 ГПа
24
6,5
0,27
Из таблицы видно, что при толщине ремонтного слоя меньше 5 см и расстоянием между ложными швами менее 1,5 м и более 5,0 м Кусл.>0,38.
Экспериментальные работы по укладке предлагаемого восстановленного покрытия были проведены при ремонте федеральной автомагистрали М-1 «Москва-Минск» (238 км). Экспериментальные участки восстановленного асфальтобетонного дорожного покрытия на данной магистрали расположены на крайней правой, наиболее напряженной с точки зрения объемов перевозимых грузов полосе, где интенсивность движения автомобильного транспорта достигает 35 тысяч автомобилей в сутки. Толщина слоя ремонтного материала на упомянутых участках восстановленного дорожного покрытия составляет 5 см. При обследовании участков восстановленного асфальтобетонного дорожного покрытия через 6 месяцев в нем не были обнаружены какие-либо дефекты.
Предлагаемое асфальтобетонное покрытие имеет улучшенное качество, характеризуется повышенной ремонтопригодностью и увеличенным сроком службы, предположительно достигающим 12-15 лет, по сравнению со сроками службы известных восстановленных асфальтобетонных покрытий, ограниченными 2-5 годами. Увеличенный срок службы предлагаемого асфальтобетонного покрытия, обеспечивает возможность увеличения периодов между ремонтными работами, что дает значительный экономический эффект.
При этом затраты на проведение ремонтных работ с применением упомянутого выше высокопрочного модифицированного цементобетона сравнимы с затратами при применении традиционных технологий восстановления.
(1) SU 837993 А, 15.06.1981, Е 01 С 23/06
(2) SU 1294901 Al, 07.03.1987. Е 01 С 23/06
(3) RU 2178476 С1, 20.01.2002, Е 01 С 23/06
(4) Технология «Ultra thin whitetopping»