Технология "Новачип"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Устройство тонкослойных фрикционных слоев износа автомобильных дорог по технологии «Новачип»

С момента начала эксплуатации асфальтобетонные покрытия подвержены воздействию транспортной нагрузки, климатических факторов, старению. В верхнем слое покрытия образуются дефекты в виде микротрещин, пластических деформаций, которые не влияют на безопасность движения автотранспорта, но являются причиной дальнейшего разрушения асфальтобетона. Мелкие дефекты на покрытии с течением времени накапливаются и достигают такой величины, что для предотвращения лавинообразного разрушения асфальтобетона необходимо выполнять срочные ремонтные работы. По этой причине в последнее время на магистральных дорогах при устройстве тонких защитных слоев все чаще вместо слоев износа из эмульсионно-минеральных смесей (по типу «Чип-Сил» и «Сларри-Сил») применяют специальные горячие модифицированные асфальтобетоны и новую технологию «Новачип».

Технология устройства тонкослойных фрикционных защитных слоев износа на ремонтируемых дорожных покрытиях из модифицированных асфальтобетонов под названием «Новачип» (Novachip^®) ранее получила распространение в странах Западной Европы, затем была перенесена (при научно-техническом сопровождении ГП «БелдорНИИ») в Республику Беларусь, где получила наименование «Тонфриз» [1], и в конечном итоге внедрена в дорожном хозяйстве России.

Рассмотрим технологию «Новачип» и слои износа, устроенные с использованием данной инновационной технологии, на примере опыта ее внедрения в дорожном хозяйстве Свердловской области в 2011-2012 гг. [5, 6].

По существу слои износа, уложенные по технологии «Новачип», - это предельно тонкие модифицированные асфальтобетонные покрытия (толщиной в 1,5-2,5 максимального размере зерна щебня), наносимые в горячем состоянии на подгрунтованную поверхность нижележащего асфальтобетона (нового или старого, ремонтируемого покрытия).

Для устройства таких покрытий требуется высококачественный (прочный и кубовидный) каменный материал. Подбирается асфальтобетон специального состава с высокими износостойкими и морозоустойчивыми характеристиками. Обязательным компонентом такого асфальтобетона являются каучуки (резиновая крошка) или полимеры (термоэластопласты). Подгрунтовка нижележащего слоя осуществляется катионной битумной эмульсией с содержанием полимера (латекса). Марки применяемых эмульсий: ЭБПК или «Эмульдор». Предельная толщина покрытия может быть от 10 до 20 мм при размере фракций заполнителя 0-5; 3-5; 5-8; 8-12 мм. Фракционированный кубовидный щебень, применяемый для технологии «Новачип» в Свердловской области, имел фракционный состав 5-10 мм, соответственно проектная толщина устраиваемого слоя износа составляла 2-2,5 см.

Технология «Новачип» позволяет наносить надежные верхние слои износа, не прибегая к глубокому фрезерованию старой поверхности и не наращивая толщину асфальтобетонных слоев. Макроструктура поверхности слоя открытая, шероховатая и равномерная, средняя глубина шероховатости 1,3-1,8 мм, что придает такому покрытию роль поверхностного дренажа, снижает аквапланирование и обеспечивать хорошее сцепление колес автомобилей с покрытием.

Адгезионное взаимодействий между старым и новым покрытием обеспечивается за счет битумной эмульсии, модифицированной латексом или приготовленной на битуме, модифицированном СБС. Расход эмульсии составляет 0,6-1,5 кг/м².

При укладке слоя износа по технологии «Новачип» на начавшую разрушаться поверхность асфальтобетона происходит заполнение трещин модифицированным вяжущим, благодаря которому прекращается дальнейшее развитие этих трещин, а слой горячей смеси поступает в выбоины и неровности.

При распределении слоя износа важно соблюдать требуемый темп работ: 12-20 м/мин - специальными машинами и 10-15 м/мин - финишерами с интегрированной рампой. После нанесения слой уплотняется. Предварительное уплотнение осуществляется уплотнительной системой комбайна, окончательное уплотнение должно быть активным, при этом целесообразно использовать вибро-пневмокатки. Через 40-60 минут после полного остывания покрытие готово к эксплуатации.

Исследование участков дорог с покрытием, устроенным по технологии «Новачип», показало, что такие покрытия не смотря на небольшую толщину обладают хорошими эксплуатационными свойствами, обеспечивают хорошее сцепление слоев и водонепроницаемость.

По имеющимся данным, самые старые покрытия, устроенные по технологии «Новачип», находились в эксплуатации до ремонта в течение 8-9 лет. При этом транспортная нагрузка составляла до 5 000 авт./сут.

Опыт применения технологии «Тонфриз» в Республике Беларусь. Технология устройства тонких защитных слоев из горячих асфальтобетонов «Тонфриз» (аналог «Новачип») применяется на дорогах Республике Беларусь с 2007 года. «Тонфриз» - это адаптированная к белорусским условиям и местным строительным материалам технология устройства тонких защитных слоев толщиной 10-25 мм. Помимо устройства слоев износа и гидроизоляции покрытия «Тонфриз» используют для устранения колейности глубиной до 25 мм и других неровностей профиля.

В 2007-2008 гг. с применением данной технологии отремонтировано около 260 км покрытия автомобильной дороги г. Брест - г. Минск - граница России (М1/Е30). В 2009 году по такой технологии отремонтировано 5 км автомобильной дороги М9 (Минской кольцевой дороги) на участке км 2+100 - км 7+200.

Суть технологии устройства защитного слоя по технологии «Тонфриз» заключается в следующем. Асфальтоукладчик, распределяющий специальную асфальтобетонную смесь, приготовленную на модифицированном битуме, оборудован блоком форсунок, обеспечивающих розлив эмульсии на ширину укладки с расходом 0,9 ± 0,2 л/м^2.. Розлив битумной эмульсии осуществляется непосредственно перед распределением асфальтобетонной смеси. Горячая асфальтобетонная смесь с температурой 170-180 °С укладывается на мембранный слой, состоящий из эмульсии. При этом эмульсия мгновенно вскипает, распадается, и водяные пары выходят на поверхность, а модифицированное битумно-латексное вяжущее заполняет 2/3 толщины слоя износа. Образуется надежная гидроизоляционная мембрана и прочная когезионная связь между основанием и защитным слоем покрытия.

Уплотнение уложенного тонкослойного покрытия осуществляется гладковальцовыми катками массой 8-12 т, оснащенными системой смачивания вальцов. Уплотнение покрытия заканчивается после десяти проходов катка по одному следу и при снижении температуры укладываемой смеси до 90-100 °С.

Асфальтобетонная смесь для устройства тонкого защитного слоя должна отвечать требованиям, представленным в таблице.

новачип автомобильный дорожный асфальтобетон

Таблица

Требования к физико-механическим свойствам асфальтобетонной смеси

В 2010 году ГП «БелдорНИИ» осуществляло научно-техническое сопровождение устройства защитного слоя при ремонте автомобильной дороги М5 «Урал», км 87+680 - км 98+000. Состав асфальтобетонной смеси указан в таблице.

Таблица

Состав асфальтобетонной смеси

Технология устройства защитного слоя с помощью машины Vogele Super 1800-2 состоит из следующих стадий:

- очистка поверхности для устройства защитного слоя;

- приготовление асфальтобетонной смеси;

- подгрунтовка покрытия;

- укладка АБС с одновременным розливом эмульсии;

- уплотнение смеси гладковальцовыми катками.

Эмульсия катионная битумно-латексная дорожная ЭБПК-1-65 изготовлена на эмульгаторе «Redicote EM 44» с введением катионного латекса «Butonal NS 198» непосредственно в коллоидную мельницу на эмульсионной установке. Состав ЭБПК-1-65 представлен в таблице 3.31.

Таблица

Состав эмульсии ЭБПК-1-65

Асфальтобетонную смесь специального состава (табл. 3.32) получали на асфальтобетонном заводе периодического действия.

Таблица

Физико-механические свойства асфальтобетона

Процесс нанесения тонкослойного защитного покрытия с использованием специальных горячих асфальтобетонных смесей и текстура покрытия проиллюстрированы на рис..

Рис.. Розлив эмульсии асфальтоукладчиком Vogele Super 1800-2

.

Рис.. Текстура защитного слоя

Результаты обследований показали, что состояние слоя износа хорошее, на всем протяжении отремонтированного участка обеспечено надежное сцепление слоев, а также гидроизоляция нежележащего слоя.

Отремонтированное покрытие отличается более высоким значением коэффициента сцепления колеса с покрытием, высокой ровностью, пониженным уровнем шума при движении транспортных средств.

Опыт устройства тонкослойных дорожных покрытий по технологии «Новачип» в Свердловской области

В Свердловской области технология «Новачип» была применена в 2011-2012 гг. на автомобильной дороге г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск. Дорога относится к III категории, интенсивность транспортного потока составляет свыше 12 000 авт./сут., покрытие находится в тяжелых условиях эксплуатации. Ряд участков требовал срочного капитального ремонта, был возможен ремонт с использованием технологии «Новачип».

Перед началом опытных работ проведено обследование планируемого для ремонта участка дороги. При обследовании участка установлено, что покрытие находится в неудовлетворительном состоянии: наблюдаются температурные и усталостные трещины, пластические деформации вследствие слабой несущей способности слоев основания и недостаточной сдвигоустойчивости асфальтобетонных слоев, просадки и волосяные трещины (рис.).

По результатам обследования было выработано техническое решение [2], направленное на повышение технико-эксплуатационных характеристик автомобильной дороги путем устройства слоя износа по технологии «Новачип». Применение данной технологии должно было обеспечить водонепроницаемость верхних слоев покрытия; повысить коэффициент сцепления, а также улучшить ровность и устранить колейность. В ходе выполненных работ эти задачи были выполнены. Последующий мониторинг в течение 3 лет (2011-2013 гг.) показал стабильность технико-эксплуатационных показателей покрытия, устроенного по технологии «Новачип» на автомобильной дороге г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск.

Рис.. Трещины, выбоины и пластические деформации (колейность) на участке автомобильной дороги г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск

Технология «Новачип» является закономерной эволюцией в развитии технологий устройства слоев износа, таких как «Чип Сил» и «Сларри Сил», обладая при этом рядом технологических преимуществ. Износостойкость тонкослойных покрытий, устроенных по технологии «Новачип», по экспериментальным данным [3, 5], в 3-4,5 раза выше, чем у слоев износа типа «Чип-Сил» и «Сларри-Сил».

Принцип устройства слоев износа по технологии «Новачип» заключается в следующем. На слой защищаемого покрытия наносится битумная эмульсия (битумная эмульсия состоит из 60 % битума и 40 % воды), затем с небольшой задержкой (менее 1 с) на слой битумной эмульсии укладывается тонкий слой (2,5 см) горячей (160 єС) модифицированной асфальтобетонной смеси. Битумная эмульсия вскипает и проникает во все поры вновь уложенного слоя асфальтобетонной смеси, увлекая за собой частицы распределенного в ней (эмульсии) резинобитумного вяжущего (рис. 3.36). В итоге получается прочный по структурно-механическим характеристикам защитный слой износа, выдерживающий высокие эксплуатационные нагрузки.

Для придания высоких эксплуатационных свойств слою износа, устроенному поверх старого покрытия, в состав смеси вводится 20 % резины от массы вяжущего на основе гранулированного резинобитумного вяжущего «КМА» производства ООО «Колтек Интернешнл».

Рис.. Схема устройства резиноасфальтобетонных слоев износа типа «Новачип»

Благодаря этому слой износа обладает повышенными эксплуатационными характеристиками (прочностью, устойчивостью к знакопеременным температурным напряжениям, действию низких зимних и высоких летних температур воздуха, гидроизоляционными свойствами, устойчивостью к старению).

На участках применения резиноасфальтобетонных смесей в качестве слоев износа замечено снижение шума на 6-10 дБА, что воспринимается человеческим ухом как уменьшение громкости в 2-3 раза.

Водоотталкивающими свойствами резиноасфальтобетонные покрытия обладают за счет гидрофобности резиноасфальтобетонных покрытий. Такие покрытия быстрее отводят воду и на них не возникает эффекта аквапланирования, что существенным образом влияет на безопасность дорожного движения. Поэтому технология рекомендуется для применения на автомобильных дорогах I-II категорий с интенсивностью движения 600 000-2 500 000 накопленных осей и свыше 6 000 авт./ сут.

Остановимся подробнее на опытно-экспериментальных работах на участке дороги г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск, км 62 - км 66+500. Участники опытного внедрения технологии «Новачип» на данном участке приведена в табл. 3.33. Разработаны оригинальные составы битумной эмульсии и горячей асфальтобетонной смеси, полностью отвечающие требованиям ДМД 02191.2.024-2009 «Рекомендации по устройству тонких фрикционных износостойких защитных слоев из горячих асфальтобетонных смесей с применением модифицированных вяжущих».

Таблица

Участники опытного внедрения технологии «Новачип» в Свердловской области (2011 г.)

Смесь изготавливалась на АБЗ периодического действия «LINTEC CSD-2500» Березовское ДРСУ ОАО «Свердловскавтодор». Температура минеральных заполнителей составляла 210-220 °С, битума 150 °С. Минеральный порошок и модификатор «КМА» подавали в мешалку без предварительного подогрева. После подачи заполнителей (щебень, песок) и модификатора «КМА» выполняли сухое перемешивание в течение 15 с. Затем в мешалку подавали битум и минеральный порошок. Общее время перемешивания в мешалке составило 60 с. Температура при выпуске из смесителя - 180 °С. Масса одного замеса составляла 1 500 кг. Готовую смесь скипом подавали в бункер-накопитель готовой смеси. Горячую смесь транспортировали к месту укладки автосамосвалами по 20 т. Дальность возки - 50 км, время транспортировки - 1 час 10 минут.

Укладку асфальтобетонной смеси осуществляли специальной машиной Vogele 1800-2 Super SJ. Уплотнение асфальтобетонной смеси производили средними дорожными гладковальцовыми катками (12 т).

Результаты мониторинга. Весной 2012 г., после 7 месяцев эксплуатации, было проведено обследование состояния опытного покрытия «Новачип», выполненного в 2011 г. на участке автомобильной дороги г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск (км 62 - км 66+500).

В результате обследования установлено, что покрытие находится в хорошем эксплуатационном состоянии. Температурные и усталостные трещины, пластические деформации, просадки (сетка волосяных трещин) на протяжении всего опытного участка с новым покрытием отсутствуют. Шелушение покрытия не наблюдалось, поверхность выглядела шероховатой, образование колеи на проезжей части отсутствовало (рисунок).

Рис.. Состояние покрытия автомобильной дороги г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск, км 62,0 - км 66+500 через 7 месяцев после устройства слоя износа по технологии «Новачип» )

Данные о физико-механических свойствах устроенного слоя износа получены методом ударного пенетрирующего зондирования по методике [4] (табл. 3.34, рис. 3.38). Для определения параметров динамического контакта использовался прибор ИПМ-1А. Измерение состояло из 5 серий испытаний по 4 нагружения в точке. Покрытие показало высокие физико-механические характеристики (динамический модуль упругости, твердость).

Таблица

Физико-механические характеристики слоя износа, устроенного по технологии «Новачип» на автомобильной дороге г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск, км 62 - км 66+500

а) б)

Рис. Графики контактного взаимодействия материала и индентора прибора ИПМ-1А в зависимости: а) от глубины внедрения в материал покрытия, б) от времени внедрения

Состояние контрольного участка. В ходе обследования контрольного участка автомобильной дороги г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск, эксплуатируемого без устройства слоя износа «Новачип», установлено, что покрытие находится в неудовлетворительном состоянии: наблюдаются температурные и усталостные трещины, пластические деформации, а также обнаружены просадки, волосяные трещины, шелушение покрытия (вследствие старения асфальтобетона), колея глубиной более 15 мм (рис.).

Рис.. Пластические деформации, трещины и выбоины на контрольном участке автомобильной дороги г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск, эксплуатируемом без устройства слоя износа по технологии «Новачип»

На основании результатов обследования опытного участка слоя износа, устроенного по технологии «Новачип», были даны следующие рекомендации.

1. Работы по устройству слоя износа по технологии «Новачип» следует выполнять только после этапа работ по подготовке защищаемой поверхности.

Подготовительный этап перед нанесением слоя износа по технологии «Новачип» должен включать следующие работы- удаление слабо связного ремонтного материала из выбоин, отремонтированных с применением холодных органоминеральных смесей,

- заделка выбоин горячей асфальтобетонной смесью согласно проекту по устранению дефектных мест покрытий,

- устройство выравнивающего слоя,

- фрезерование микронеровностей поперечного профиля.

2. Температура поверхности дорожной одежды, на которую планируется укладывать защитные слои из горячей асфальтобетонной смеси по технологии «Новачип», должна быть не ниже 15 °C при температуре окружающего воздуха не ниже 20 °C.

3. Для борьбы с отраженным трещинообразованием следует применять битумно-полимерной ленты.

Первый опыт применения технологии «Новачип» на территориальной дорожной сети Свердловской области продемонстрировал положительные результаты. В дальнейшем технология «Новачип» была применена при ремонте улично-дорожной сети г. Екатеринбурга: по данной технологии был отремонтирован пр. Ленина от пл. 1905 года до ул. Московской (рис. 3.40). Работы на площади 1400 м² были выполнены за 8 часов [8].

Рис.. Устройство защитного слоя износа из модифицированной асфальтобетонной смеси по технологии «Новачип» на пр. Ленина в г. Екатеринбурге (2012 г.)

Ранее для ремонта интенсивно эксплуатируемых участках дорог назначались технологии устройства слоев износа из эмульсионно-минеральных смесей (например, «Чип-Сил» и «Сларри-Сил»), и эффект от проведения ремонтных работ был незначителен: слой износа не обеспечивал межремонтные сроки. В настоящее время, с появлением таких технологий и материалов, как «Новачип» и ЩМА, износостойкость асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации, можно существенно увеличить.

В табл приведены рекомендации [5] по назначению новой технологии устройства асфальтобетонного покрытия и/или слоя износа на региональной дорожной сети в зависимости от интенсивности движения и категории дороги.

Таблица

Назначение ремонтной дорожной технологии и прогнозные показатели срока службы отремонтированного асфальтобетонного покрытия (на примере регионального дорожного хозяйства Свердловской области)

* - преимущественная категория дорог, относящихся к соответствующей графе;

** - при невозможности устройства слоя износа по технологиям «Чип-Сил», «Сларри- Сил»;

*** - при устройстве шероховатого покрытия на момент строительства (реконструкции) и ремонта по свежеуложенному слою асфальтобетона типов Б, В.

Таким образом, технологию «Новачип» целесообразно использовать при капитальном и текущем ремонтах автомобильных дорог общего пользования как достаточно эффективную и производительную в современных условиях ремонта асфальтобетонных покрытий, прошедшую апробацию в условиях Среднего Урала.

Литература к разделу

1. Эффективные технологии, материалы и оборудование, применяемые в дорожном хозяйстве. - Минск : БЕЛАВТОДОР, 2011. - 60 с.

2. Техническое решение по технологии устройства защитного слоя на автомобильной дороге г. Екатеринбург - г. Реж - г. Алапаевск, км 58 - км 98. - Минск : БелдорНИИ, 2011. - 13 с.

3. Игошкин Д. Г., Кушинский В.Г., Гончаров В.В., Кошкаров Е.В. Новая технология устройства тонкослойных дорожных покрытий из модифицированных горячих асфальтобетонов // Актуальные вопросы проектирования автомобильных дорог: Сб. науч. тр. - Вып. 2 (61). - 2011. - С. 156-162.

4. Игошкин Д. Г. и др. Контроль модуля упругости дорожных покрытий методом ударного пенетрирующего зондирования // Там же. - С. 163-174.

5. Кошкаров В. Е. Развитие инновационной деятельности в региональном дорожном хозяйстве (на примере Свердловской области) : дисс. … канд. техн. наук. - Екатеринбург, 2012.

6. Кошкаров В. Е., Игошкин Д. Г., Гончаров В. В., Втюрин А. В. Опыт внедрения инновационной технологии «Новачип» в условиях Свердловской области // Актуальные вопросы проектирования автомобильных дорог: Сб. науч. тр. - Вып. 3 (62). - 2012. - С. 114-122.

7. Технология Novachip. - http://www.autobahn-group.com/ru/news/ (дата обращения 25.07.2013).

8. Новое дорожное покрытие по технологии «Новачип». - http://www.youtube.com/ (дата обращения 25.07.2013).

Размещено на Allbest.ru