В зависимости от климатических зон согласно принятым нормативам при строительстве наших дорог применялся асфальтобетон той или иной марки – различный не только по содержанию компонентов, но и по основным физико-механическим показателям. Но в определенный момент стало ясно: материалы, изготовленные по нормам, разработанным несколько десятилетий назад, уже не отвечают реалиям времени. Для повышения коэффициента «выносливости» трасс и соответствия трасс требованиям безопасности движения нужен был абсолютно новый подход к устройству дорожного покрытия.
Эксперт журнала «АДС Техника» – заведующая лабораторией нежестких дорожных одежд ФГУП «РОСДОРНИИ», кандидат технических наук Лола Викторовна Поздняева.
- Лола Викторовна, одной из главных в дорожном строительстве всегда была проблема образования трещин в покрытиях дорог. Каким способом борются с этим?
- Проблема образования трещин на дорогах была особенно актуальна около 20 лет назад. Тогда основные исследования и опыты в плане повышения качества дорожного покрытия были направлены на борьбу с этим явлением. В конструкцию дорожного покрытия вводили геосетки, прослойки, мембраны, применяя асфальтобетоны на полимербитумных вяжущих соединениях, которые обладали повышенной эластичностью и поэтому лучше сопротивлялись образованию трещин. Не давали развиваться трещинам демпфирующие добавки – они сдерживали напряжения в асфальтовом бетоне. Со временем основным направлением работы исследователей стала модификация битумов – использование нефтяных дорожных битумов, улучшенных различными добавками, в качестве связующего компонента минеральных материалов в асфальтовом бетоне. Во многом от этого зависит, как будет реагировать дорожное покрытие на повышение нагрузок, а также интенсивности и скорости движения.
- Однако несколько лет назад, когда дорожники были вынуждены перекрыть МКАД, причиной ЧП были отнюдь не трещины, а колея. Вследствие чего образуются колеи и чем они отличаются от трещин?
- Действительно, в тот момент мы столкнулись с новой проблемой, уже знакомой к тому времени зарубежным специалистам – образование на дороге колеи. Что касается МКАД, тогда колея появилась там, где мы не ожидали – на полосе, предназначенной для движения легковых машин. Изначально мы думали, что колея на асфальтобетонном покрытии начнет появляться при высоких температурах и причина образования колеи – движение большегрузного транспорта по правым полосам движения. На самом деле оказалось, что колея на МКАД появилась от истирания покрытия вследствие повышения интенсивности движения легковых автомобилей с шипованными шинами. Этот факт позже был подтвержден и зафиксирован в ходе многочисленных исследований различных организаций. Отличие колей от трещин заключается в том, что первые возникают от пластической деформации и износа покрытия, а вторые в основном от температурных воздействий, усталости и старения асфальтобетонного покрытия в процессе его эксплуатации.
- Возможно ли избежать образования колеи на дороге с учетом того, что транспортный поток, а вместе с ним и интенсивность движения с каждым годом увеличиваются?
- Важным фактором, влияющим на повышение такой характеристики асфальтобетона, как сопротивление истираемости дорожного покрытия, является выбор битумов и щебня. Асфальтобетон должен быть каркасным, более прочным и износостойким. То есть, если раньше при приготовлении асфальтобетонной смеси ограничивались прочностью щебня 1200 килограммов на квадратный сантиметр, то сейчас уже более предпочтительно использовать щебень с прочностью 1400 килограммов на квадратный сантиметр и повышенной сопротивляемостью износу. Особенно на важных федеральных трассах с высокой интенсивностью движения.
Ну а для борьбы с трещинами и с колеями на покрытиях необходимо, в первую очередь, улучшение свойств вяжущих в асфальтобетонной смеси. Поэтому сегодня основное направление исследований в плане улучшения качества асфальтобетонных смесей – это модификация дорожных битумов различными добавками.
- Сегодня на рынке очень много зарубежных модификаторов. Какие из них наиболее подходят к применению на наших дорогах?
- В настоящее время на рынке более востребованы модификаторы, которые меняют структуру битума, улучшают его физико-механические свойства и имеют большой интервал пластичности (температурный диапазон работоспособности битума) в пределах от - 40 до +60 градусов Цельсия. А значит, охватывают больше климатических зон и территорий, где можно применять такой асфальтобетон. Значительное количество популярных сегодня модификаторов основано на полимерах типа СБС (стирол-бутадиен-стирол).
- Как именно меняются свойства асфальтобетонной смеси при введении модификатора в битум?
- Испытывая сегодня тот или другой модификатор, мы проверяем, как в итоге не только меняются механические свойства бетона, например, предел прочности при сжатии, мы также исследуем изменения показателей сдвигоустойчивости, трещиностойкости при расколе, усталости асфальтобетона и др. свойства асфальтобетона. В принципе эти показатели уже более объективны и отражают реальные условия работы дорожных покрытий.
Проверяя таким образом материал, мы можем не только дать предварительную оценку того, как эффективно он будет противостоять образованию колеи или трещин при высоких или при отрицательных температурах, фактически мы имеем возможность прогнозировать, сколько лет может прослужить такой асфальтовый бетон.
- В последнее время для повышения качества дорожного покрытия стали модифицировать не только битумы с помощью полимерных добавок и добавок нефтехимической переработки, но и вводить новые составляющие в сам асфальтовый бетон. Самый известный материал, изготовленный по таким технологиям, – щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА. В чем, на ваш взгляд, заключаются преимущества ЩМА?
- Щебеночно-мастичный асфальт очень популярен в современном дорожном строительстве. Он не требует никаких дополнительных затрат и технологий при изготовлении и укладке в покрытия дорог: приготавливается традиционными способами и укладывается и уплотняется обычными асфальтоукладчиками и катками. Но вот его состав принципиально отличается от так называемого стандартного асфальтобетона.
Если в стандартном асфальтобетоне помимо прочих компонентов (щебня, минерального порошка, битума и полимерных добавок) применяют обычный песок, то при приготовлении ЩМА используют только отсев, получаемый от дробления щебня. Еще одно важное отличие ЩМА от традиционного асфальтобетона – специальное волокно, которое помогает стабилизировать битум, чтобы при транспортировке щебеночно-мастичной смеси она не расслаивалась. При этом такая смесь не должна быть слишком вязкой и не должна течь при укладке. Тот оптимум, который является близким к идеальному состоянию, определяется показателем стекания щебеночно-мастичного асфальта.
Чаще всего для достижения оптимального показателя стекания ЩМА смеси в нее вводят импортную добавку Виатоп – волокно с битумом. Виатоп добавляется в асфальтобетонную смесь в очень небольших количествах, приблизительно 0,5 процента от всего состава смеси.
- Как бы ни был хорош Виатоп – это все-таки импортный модификтор. Есть ли сейчас на отечественном рынке заменители Виатопа, которые можно вводить в ЩМА, не теряя в свойствах дорожного покрытия?
- Практически все наши отрасли пытаются создать замену Виатопу, предлагая использовать целлюлозные волокна, базальтовые волокна и стекловолокно.
Мы рассматриваем такие варианты, проводим соответствующие исследования, разрабатываем, когда это необходимо, стандарты организации, содержащие требования к самому материалу и к технологии приготовления и применения для дальнейшего определения возможности применения таких добавок в дорожном строительстве.
Однако пока, пожалуй, самым популярным заменителем Виатопа является наш отечественный стабилизатор Унирем – по сути, это переработанная на наноуровне тонкомолотая резина. По своим свойствам это уникальная добавка, содержащая и волокно, и адгезив – материал, который способствуют улучшению сцепления вяжущего компонента с минеральными материалами в асфальтобетонной смеси. Он вводится в асфальтовый бетон и за счет демпфирующих свойств полностью заменяет Виатоп.
- Насколько нам известно, ЩМА с добавлением Унирема, уже используются в дорожном строительстве в столице и на федеральных дорогах. Насколько эффективна это добавка?
- Да, эту добавку уже используют. Что касается его эффективности, то результат проведенных нами испытаний можно назвать удивительным. Если согласно лабораторным исследованиям срок службы обычного дорожного покрытия 5-6 лет, то при использовании Унирема в тех же условиях покрытие может простоять в 2-3 раза дольше.
- Лола Викторовна, несмотря на сегодняшнюю популярность модификаторов и других искусственных добавок, вы сами всегда являлись приверженцем введения в асфальтовый бетон природного битума и даже посвятили этой теме свою диссертацию. Чем вас, специалиста с 40-летним опытом в дорожном строительстве, так привлекает природный битум?
– Я считаю, что введение в асфальтовый бетон природного битума – одно из самых перспективных направлений в совершенствовании дорожного покрытия. Имея особую структуру, он в несколько раз повышает долговечность дорожного покрытия. В России всегда было очень много известных месторождений битумосодержащих пород – в разных точках страны известняк, доломит, песок, песчаник лежат, пропитанные битумом. В свое время были составлены каталоги месторождений, где в пластах лежит углеподобный жесткий битум. Его запасы в России исчисляются тысячами тонн. Однако такой битум надо пластифицировать, чтобы он заработал как вяжущее в асфальтобетоне. В конце 70-х был разработан соответствующий модификатор. На эту разработку наша лаборатория получила 4 патента за рубежом. Такой модифицированный природный битум применялся при изготовлении литого асфальта. В нем по сравнению с обычным асфальтом увеличивается объем добавляемых минерального порошка и битума. При этом получается вяжущее с высокими показателями свойств. В качестве опытной работы из такого асфальтобетона был сделан участок дорожного покрытия на Нагатинском мосту в Москве.
- Однако сейчас практически все месторождения природного битума в России законсервированы. И при этом к нам на рынок рвется природный битум из республики Тринидад и Тобаго…
- Да. Там природный битум добывают со дна старейшего озера Пич-Лейк, очищают, упаковывают и отправляют в Германию, где он проходит еще одну процедуру очистки и гранулирования по специальной технологии. Этот природный битум используется как добавка в нефтяной битум, частично заменяя его. Например, если в обычном асфальтобетоне содержится 5 процентов нефтяного битума, то в так называемом Тринидад-асфальте 3,5 процента нефтяного битума смешивают с 1,5 процентами природного. Тринидад-асфальт широко используют во всем мире при строительстве и ремонтах улиц, дорог, аэродромов и гоночных трасс Формулы 1. А в нашей стране на сегодня из Тринидад-асфальта сделаны участки дорожного покрытия на набережной в Санкт - Петербурге.
- При всем многообразии способов повысить качество дорожного покрытия важен не только состав асфальтобетона, но и технология поверхностной обработки дорог. В настоящее время на слуху две такие технологии, увеличивающие срок службы дорожного покрытия – «Чипсилер» и «Сларри-Сил». Что вы, как специалист, можете сказать о них?
- Тонкослойная технология «Чипсилер» была разработана во Франции. Ее принцип несложен. Основная роль отдана комбайну, в котором есть емкость для каменного материала и емкость для эмульсии – смеси битума, воды и эмульгатора. Холодная эмульсия разливается на дорожное покрытие, а на нее подается щебень. Так как эмульсия имеют хорошую адгезию, щебень быстро «схватывается», и таким образом обеспечиваются стойкость тонкого слоя дорожного покрытия к нагрузкам и хорошие сцепные качества с колесами автомобилей.
Устройство поверхностного слоя износа методом «Сларри-сил» по принципу сходно с методом «Чипсилер». Но только на эмульсию укладывается не щебень, а тонкий – в 2,5 см – слой битумо-эмульсионной смеси.
Защитные слои износа по методу «Чипсилер» и поверхностные обработки типа «Слари-Сил» применяются как при строительстве, так и при ремонтах дорог.
Безусловно, оба способа имеют свои технологические сложности, а цена необходимого оборудования пока достаточно высока. Тем не менее, это новое слово в устройстве дорожных покрытий, позволяющее периодически обновлять поверхность покрытий, восстанавливать их эксплуатационные характеристики после того, как совместное воздействие транспорта и погодных факторов приводит к разрушению поверхностного слоя дорожных одежд.
