Анализ технологических решений восстановления дорожной одежды

Ремонт дорожных одежд включает работы по восстановлению слоя износа, улучшению ровности, повышению шероховатости и сцепных качеств покрытия, увеличению прочности дорожной конструкции, уширению проезжей части в соответствии с установленными требованиями. Асфальтобетон, как наиболее популярный строительный материал для оборудования дорожных покрытий чаще всего подвержен периодически возникающим эксплуатационным воздействиям. Накапливающиеся внутренние структурные напряжения, способствуют возникновению всевозможных дефектов и повреждений. Своевременное проведение расширенного анализа появляющихся недостатков на различных этапах эксплуатации помогает решить задачу качественного строительства асфальтобетонных покрытий с повышенной износостойкостью и увеличенными сроками использования

Холодный ресайклинг (холодная регенерация) – это технология восстановления (ремонта) дорожных одежд с повторным использованием материала, без его нагрева. Технология холодной регенерации конструктивных слоев аэродромных и дорожных покрытий заключается: в измельчении асфальтобетонного покрытия (в том числе с захватом части основания) преимущественно посредством холодного фрезерования; введении в образовавшийся асфальтобетонный гранулят при необходимости нового скелетного материала (щебня, песка из отсевов дробления горных пород). Получаемый слой стабилизированного основания является практически водонепроницаемым, что значительно улучшает водно-тепловой режим нижележащего грунтового основания и исключает проникновение пылеватых и глинистых частиц в вышележащие слои конструкций аэродромных и дорожных покрытий. Повышенная несущая способность и монолитность слоя стабилизированного и укрепленного грунтового основания позволяют распределить возникающие в конструкции напряжения на нижележащие грунты оснований и избежать возникновение недопустимых деформаций. Такая технология имеет широкий спектр применения: возможно восстановление сравнительно тонких слоев, состоящих в основном из асфальтобетона, до большей глубины, где может быть несколько слоев. К плюсам технологии холодного ресайклинга можно отметить использование местных материалы и грунты без выемки и их последующей замены, что сокращает сроки строительства и затраты на приобретение, доставку инертных материалов (песка и щебня). С такой целью создан холодный ресайклер, который с помощью мощного фрезерного барабана измельчает материал дорожной одежды на глубину до 30 см, при этом имеет возможность одновременно его обрабатывать указанными вяжущими и распределять ровным слоем. Дальнейшее окончательное уплотнение выполняется дорожными катками. Также этот метод заметно дешевле иных вариантов, по крайней мере, не менее чем в 1,5 раза. Экономия финансов на 1 м² составляет около 180 руб. или примерно 1,3 млн руб. на 1 км покрытия шириной 7 м. Означает это лишь то, что при помощи технологии мелкого холодного ресайклинга можно отремонтировать дороги с подобными дефектами в 1,5 раза большей протяженности, а также технология холодного ресайклинга позволяет добиться повторного максимального использования материалов существующего покрытия при восстановлении автомобильных дорог. Применение технологии холодного рисайклинга исключает необходимость перемещения с фрезерованного материала в отвалы, исправляются дополнительные помехи дорожному движению со стороны большегрузных автомобилей, которые могли быть задействованы при транспортировке срезанного покрытия. Использование данного метода уменьшает количество применяемых новых материалов в сравнении с традиционными способами ремонта. Помимо экономических достоинств, холодный рисайклинг минимально влияет на окружающую среду. Минус заключается в дороговизне оборудования для производства процесса и доступности её, а также в замене её в случае повреждения и в сложности технологического процесса. Таким образом можно скачать, что технология холодной регенерации весьма актуальна и имеет большое будущие в дальнейшем применении в восстановлении дорожной одежды.

Замена дорожного полотна. Основной задачей капитального ремонта является полное восстановление эксплуатационных функций дорожной одежды, позволяющей обеспечить нормативные значения безопасности в условиях интенсивного движения транспортных средств с учетом требований к данной категории дороги. Если существующий разряд трассы не соответствует нормам эксплуатации, то необходима разборка асфальтобетонных покрытий и оснований, с последующим оборудованием нового подстилающего слоя, укладкой, усовершенствованной, новой дорожной одежды, и переводом магистрали в более высокую соответствующую категорию. Перед началом ремонта необходимо определить, что именно послужило причиной нарушения дорожного полотна и только после этого составлять технологическую карту ремонта, рассчитывать объем необходимых материалов, количество рабочих мест и техники. На основании полученных результатов определяется цена проведения реконструкции существующего объекта, а также целесообразность выполнения данного вида работ. После завершения расчетов и проектирования дорожного полотна начинают выполнять демонтаж асфальтобетонного покрытия. Демонтаж производят с помощью отбойных молотков или грунторезов. Снятый асфальт вывозится автосамосвалами на завод для последующей горячей переработки и дальнейшего использования. После снятия дорожной одежды проводят исследование подстилающего слоя и грунта. При необходимости, проводят мероприятия по его укреплению. Затем начинают укладку нового покрытия в соответствии с принятыми проектными решениями.

При горячей регенерации асфальтобетонных покрытий при реконструкции автомобильных дорог применяются следующие методы: термопрофилирование, термопластификация, термоукладка.

Термопрофилирование. Метод заключается в выравнивании асфальтобетонного покрытия без добавления новой смеси. Асфальтобетонное покрытие нагревается инфракрасными горелками или разогретым сжатым воздухом до температуры 120–180 °С на глубину 2–6 см (в зависимости от скорости ветра и начальной температуры покрытия), фрезеруется и укладывается в покрытие. Современные машины ремиксеры обеспечивают коэффициент уплотнения асфальтобетонного покрытия 0,95–0,97. Метод применим, если по данным лабораторных испытаний введение каких-либо добавок не требуется, если битум без признаков старения. Способом термопрофилирования ремонтируются асфальтобетонные покрытия с водонасыщением не более 4 %.

Термопластификация. Метод состоит в том, что в процессе перемешивания разогретого отфрезерованного старого асфальтобетона в мешалку добавляется пластификатор, улучшающий свойства битума, в количестве 0,1–0,6 % от массы смеси. Новый асфальтобетон не добавляется. Работы выполняются ремиксером. Толщина обновляемого слоя до 50 мм. В качестве пластификатора используются масла нефтяного происхождения с содержанием ароматических углеводородов не менее 25 % по массе. К ним относятся ренобит, зеленое масло, экстракты селективной очистки масляных фракций нефти.

Термоукладка. Метод кроме основных операций предусматривает добавление новой смеси в виде дополнительного слоя усиления или защитного слоя асфальтобетона. При этом уплотнение регенерированного и нового слоев асфальтобетона производится одновременно. Этот способ позволяет ремонтировать асфальтобетонные покрытия с большими амплитудами неровностей, более глубокими колеями, значительной ямочностью, неудовлетворительными поперечными уклонами и более высоким водонасыщением (до 6 %). Отличие этой технологии состоит в разогреве асфальтобетонного покрытия не горелками инфракрасного излучения, а нагретым до 600 °С воздухом, который нагнетается в поры асфальтобетона под давлением, создаваемым компрессором с последующей откачкой (вакуумированием) воздуха. Нагрев воздуха производится газом или дизельным топливом. Разогревающее устройство в виде герметического кожуха плотно прижимается к поверхности покрытия, в который накачивается горячий воздух с одной стороны при одновременном отсасывании вакуумным насосом с другой. Для повышения эффекта прогревания слоя асфальтобетона в нем предварительно просверливаются отверстия. Откаченный из кожуха горячий воздух поступает в компрессор, то есть циркулирует по замкнутому контуру, что способствует снижению потерь тепловой энергии при разогреве асфальтобетонного покрытия по сравнению с разогревом горелками инфракрасного излучения, исключается пережог смеси и выделение выбросов газа, дыма и пыли в атмосферу. Ширина обрабатываемой полосы может изменяться от 3,3 до 4,0 м, глубина разогрева до 50 мм, скорость движения комплекта от 5 до 7 м/мин. В течение смены комплект обрабатывает полосу длиной около 3 км. Общая длина комплекта в работе составляет 75 м. 

Термосмешение. Из большой группы методов горячей регенерации при реконструкции автомобильных дорог наиболее широко применяется метод термосмешения, заключающийся в выравнивании и восстановлении формы покрытия с добавлением новой смеси с перемешиванием со старой смесью. В России для реализации этой технологии применяются термосмеситель ДЭ-232 и асфальторазогреватель ДЭ-234. Термосмеситель ДЭ-232 позволяет за один проход обрабатывать полосу шириной 4 м с глубиной рыхления асфальтобетона до 4,0 см. Рабочая скорость 3 м/мин, а транспортная до 7 км/ч, масса машины 40 т. Метод термосмешения применяется в случае, если на существующем покрытии есть дефекты в виде трещин, сетки трещин, шелушения, а также при необходимости усиления старого покрытия. Для этого к отфрезерованному после разогрева материалу старого покрытия добавляется новый материал в количестве, определенном лабораторными испытаниями, в среднем 50 кг/м2 при ремонте без усиления и до 150 кг/м2 при ремонте с усилением. Старый и новый материал (асфальтобетонная смесь) перемешивается в мешалке, которыми оснащены все модификации ремиксеров, после чего укладывается в один слой покрытия. Глубина фрезерования старого покрытия может достигать 50–60 мм.

Технологический процесс метода термосмешения включает в себя следующие основные операции: подготовительные работы, к которым относится установка дорожных знаков, ограждение места производства работ, подготовка машины и оборудования, установка копирных струн, загрузка новой смеси в приемный бункер и др., предварительный и окончательный разогрев существующего покрытия, рыхление или фрезерование старого покрытия с подачей материала в смеситель, подача в смеситель нового материала и перемешивание его со старым, распределение и предварительное уплотнение асфальтобетонной смеси и окончательное уплотнение слоя покрытия.

Методы холодно-горячей регенерации (комбинированные методы) можно разделить на две группы: I. C переработкой старого асфальтобетона на месте (на дороге) в передвижных смесительных установках и II. C переработкой старого асфальтобетона на стационарных асфальтобетонных заводах. Технология холодно-горячей регенерации с переработкой старого асфальтобетона на месте в передвижной смесительной установке может быть реализована с использованием специального комплекта машин. Основной машиной этого комплекта является передвижная асфальтосмесительная установка с сушильным барабаном. В состав комплекта входят: щебнераспределитель, холодная фрезеровальная машина, передвижная асфальтосмесительная установка, асфальтоукладчик, комплект катков. Технология работ включает следующие операции: на очищенное от пыли и грязи покрытие распределяется равномерный слой щебня на всю полосу обработки. Новый щебень обычно добавляют в количестве 50-70% объема отфрезерованного гранулята, холодной фрезой на глубину 30-50мм снимается верхний слой покрытия, измельчается, одновременно перемешивается с новым щебнем и выкладывается в виде вала на полосе фрезерования, погрузчиком-питателем смесь гранулята со щебнем подается в движущийся сушильный барабан асфальтосмесительной установки, где смесь высушивается и подогревается до рабочей температуры, горячая смесь поступает в смесительное отделение асфальтосмесителя, куда вводится битум в количестве 5-7% от массы нового щебня, и перемешивается, из смесителя готовая смесь выгружается в приемный бункер асфальтоукладчика, распределяется и предварительно уплотняется, окончательное уплотнение производится комплектом катков. В результате общая толщина асфальтобетонного покрытия увеличивается на 2-4см. На этот слой укладывается защитный слой в виде поверхностной обработки или слой износа из новой асфальтобетонной смеси. В городских условиях переработку снятого холодной фрезой гранулята, как правило, производят на стационарных асфальтобетонных заводах, где имеются лучшие условия для обеспечения высокого качества регенерированного асфальтобетона. Регенерация и ресайклинг являются перспективными методами ремонта дорожных покрытий. Однако эти технологии требуют дальнейшего развития и совершенствования, особенно в отношении качества материалов и слоев дорожной одежды, получаемых с применением указанных технологий. Одна из главных проблем состоит в неоднородности материала старого покрытия, который после переработки и улучшения укладывается повторно. Необходим тщательный контроль за составом, качеством и однородностью материала старого покрытия.

Ямочный способ восстановления асфальта. Ямочный ремонт применяется для устранения поверхностных дефектов, таких как выбоины, бугры, гребенка и др. В зависимости от применяемых материалов различаются три способа устранения повреждений – это струйно-инъекционный метод, технология ремонта с применением холодных органоминеральных смесей и ямочный ремонт горячим асфальтобетоном.

Струйно-инъекционная схема устранения дефектов. Как правило, данным способом ремонтируются повреждения в начальной стадии разрушения с диаметром дефекта. Оборудование для мелкоямочного ремонта данным способом состоит из следующих основных элементов: приемного бункера для мелкого щебня, обогреваемого бака для эмульсии, дизельного двигателя, компрессора, насоса для эмульсии, пневмоструйного насоса, стрелы-манипулятора с трубопроводом и форсункой для распыления смеси, пульта управления. Рассматриваемый комплект устанавливается на автомобильном прицепе и работает совместно с автосамосвалом, обеспечивающим бесперебойную загрузку в бункер агрегата мелкого щебня или отсева.

Порядок производства работ: 1. Поверхность очищают от грязи. 2. При помощи шнура, натертого мелом, размечают контур ремонтируемого участка. Размеры контура должны превышать действительные размеры повреждения на 5 см. 3. При помощи фрезы или «болгарки» нарезают контур отмеченного дефекта. Затем отбойным молотком вырубают поврежденный слой. 4. Очищают ямку сжатым воздухом, промывают водой и грунтуют эмульсией. 5. Вводят готовую смесь, разравнивают и затем покрывают бронирующим (финишным слоем). 6. Время набора прочности материала составляет 1,5–2 часа с момента укладки. 7. Лишний щебень, оставшийся по краям лунки, удаляют своими руками или с помощью уборочно-подметальной машины. Технология ремонта горячими асфальтобетонными смесями. Обычно, ямочный ремонт горячими смесями начинают проводить ранней весной и заканчивают поздней осенью с учетом состояния дорожного полотна и существующих погодных условий. Температура готовой смеси в момент укладки должна быть как можно ближе к температуре изготовления, но не ниже 100°С. Качество ремонта и долговечность дороги зависят от качественного выполнения следующих технологических операций: ремонт должен производиться при температуре окружающего воздуха, не ниже рекомендуемой для данного материала и на чистом, сухом основании, при вырубке существующего покрытия необходимо тщательно удалить ослабленный материал со всех проблемных зон выбоины (выкрашивание, шелушение и пр.), подготовленный участок (карта) должен быть вычищен и просушен, карта должна иметь правильную геометрическую форму – дно ровное, стенки отвесные, вся поверхность участка должна быть загрунтована битумом, ремонтный состав должен укладываться при оптимальной температуре, соответствующей для конкретного вида смеси, толщина уложенного слоя должна быть больше подготовленной глубины участка с учетом значения коэффициента уплотнения для данного вида смеси, ремонтная смесь, после укладки и уплотнения, должна располагаться вровень с существующим покрытием. Укладка горячего асфальтобетонного материала может производиться как ручным, так и механизированным способом. При механизированном способе ремонтная смесь подается из термоса через поворотный лоток прямо в подготовленную выбоину и равномерно выравнивается по всей длине поврежденного участка. При этом раствор, весь необходимый объем, укладывается в карту за один проход, дабы избежать образования холодного шва между старым и новым покрытием. Уплотнение асфальтобетона, вначале, производят ручными катками или механическими.

Ремонт холодными органоминеральными смесями. Ямочный ремонт холодными смесями, благодаря своей экономичности и невысоким требованиям к погодным условиям, получил широкое распространение в дорожном строительстве. Правда, при выборе между холодной и горячей технологией следует учитывать, что водостойкость и прочность холодного асфальтового бетона в 2–3 раза меньше, чем у горячего. Поэтому, холодный раствор, без модификаторов, применяют только для ремонта дорог III и IV категории. Технология производства работ органоминеральными смесями и все подготовительные операции аналогичны методу ремонта горячим асфальтобетоном. По окончании подготовительных работ, выбоину заполняют ремонтным составом с толщиной слоя на 30–35% больше глубины разделанной выбоины. Разравнивание уложенного раствора проводят, лопатами, граблями и специальными гладилками. Уплотнение смеси выполняют, в зависимости от глубины подготовленной выбоины, ручными или самоходными катками с созданием прочного шва с существующим дорожным полотном. Чистовое уплотнение асфальтобетона проводят тяжелыми катками массой 10–18 т и делают до 15 проходов по одному следу.

Герметизация трещин. Герметизация трещин в асфальтобетонном покрытии – это комплекс технологических операций обеспечивающих качественную заделку швов и трещин полимерными или резинобитумными ремонтными составами. Нерабочие мелкие трещины и стыковочные швы допускается санировать без расшивки при помощи стыковочных битумно-полимерных полос, специально предусмотренных для такого вида работ.

Весь процесс состоит из следующих операций: очистка и продувка полости трещины сжатым воздухом, раскладывание рулона вдоль трещины, удаление с внутреннего слоя ленты защитной пленки, прогрев клейкой стороны пластыря строительным феном или газовой горелкой до температуры 130–140°С, фиксация ремонтной полосы по оси разрыва, присыпка наклеенной ленты мелким песком. В остальных случаях для заделки трещин применяются холодные или горячие ремонтные смеси.

Инструкция по проведению санации трещин (до 5 мм) жидкими герметиками: очистка сжатым воздухом полости разрыва, прогрев трещины до температуры не ниже 80°С, заполнение поврежденного участка готовой мастикой или битумной эмульсией, просушка уложенной смеси. Средние и широкие полости шириной 5-20 мм, с повреждением кромок в границах 25-50 %, предварительно разделывают фрезой с целью создания достаточного размера камеры для мастики в верхней части трещины. Для создания оптимальных условий для работы герметика, ширина и глубина обработанного разрыва должна отвечать пропорциям 1:1–1:5.

Противопучинные мероприятия. Противопучинные мероприятия, кроме полной и частичной замены грунтов, направлены на снижение влажности грунтов или на их теплоизоляцию. В зависимости от источников переувлажнения грунтов земляного полотна предлагаются следующие мероприятия по улучшению водно-теплового режима и повышению несущей способности земляного полотна, представленные в табл. 1.

Таблица 1

При сочетании различных типов пучин принимаются те же виды мероприятий, которые предлагаются для отдельных типов пучин. Значения "безопасных" расстояний, при которых поверхностные воды не оказывают существенного влияния на влажность грунтов под дорожной одеждой, даны в табл. 2 для случая, когда эти воды находятся на поверхности земли только весной и осенью, а летом их нет (отсутствуют не менее 2/3 летнего периода). Указанные значения "безопасных" расстояний действительны при высоте насыпи не более 1,5 м.

Таблица 2

В заключение хотелось бы отметить, что восстановление дорожной одежды – это важная задача дорожном строительстве, ведь от неё зависит наша безопасность, целостность автомобилей и многие другие факторы окружающие нас.