книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

материалов фиброволокон и определения оптимального состава армированного асфальтобетона; дозирование и введение фиброволокон; контроль качества при устройстве поверхностной обработки и тонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон; рекомендуемый перечень и требования к оборудованию и механизмам устройства шероховатых поверхностных слоев с применением фиброволокон; гарантийный срок; охрана труда и техника безопасности [45].

Были выполнены следующие работы:

–сбор и анализ информации по вопросу устройства поверхностной шероховатой обработки, а также тонких слоев износа с использованием различных фиброволокон из различных источников, включая зарубежные и отечественные нормативные и методические документы, результаты ранее проведенных исследований, информацию о передовых отечественных и зарубежных материалах и технологиях в данной сфере;

–определены критерии назначения работ по устройству поверхностной шероховатой обработки с тонкими слоями износа с использованием различных фиброволокон в зависимости от различных факторов: состоянияпокрытия, составаиинтенсивностидвижения, погодныхусловий;

–определены ограничения по применению, критерии применения различных видов фиброволокон при устройстве поверхностной обработки, в эмульсионно-минеральных и асфальтобетонных смесях (в том числе на модифицированном битуме) для тонких слоев;

–разработаны предложения по гарантийным срокам и выбору критериев для их назначения;

–разработаны технические требования к материалам фибр и эмульсионно-минеральным и асфальтобетонным смесям с фиброволокном, а также рекомендуемые составы смесей;

–определены требования к составу фиброволокна и зерновому составу щебня, минеральной части асфальтобетонной и эмульсионноминеральной смеси, песку, минеральному порошку, стабилизирующим добавкам и адгезионным присадкам, физико-механические показатели асфальтобетона и эмульсионно-минеральной смеси с фиброволокном для устройства тонких слоев износа, рекомендуемые составы смесей

сучетом состояния покрытия, интенсивности движения и климатических условий;

–разработана технология поверхностной обработки с тонкими слоями износа с использованием различных фиброволокон;

251

– определены подходы к контролю качества и приемке работ; производственному контролю качества работ, включающему входной, операционный и приемочный; объект контроля, контролируемые показатели; периодичность контроля; методы контроля; средства контроля; формы журналов контроля; рекомендуемый перечень и требования к оборудованию и механизмам устройства слоев с фиброволокном; технико-экономическая эффективность, критерии, преимущество над традиционными технологиями.

Экономическая эффективность или значимость работы: возможности повышения качества шероховатых поверхностных обработок

итонких слоев износа с применением фибры, увеличение межремонтных сроков службы, снижение риска недостижения цели и требований нормативной документации, технических регламентов и контрактных документов, повышение безопасности и более полное удовлетворение потребностей участников дорожного движения в транспортных услугах на федеральной сети автомобильных дорог общего пользования.

Применение фиброволокна рекомендуется при фактической интенсивности движения свыше 6000 автомобилей в сутки, при этом целесообразно: устройство шероховатых поверхностных слоев из ЩМА с добавлением фиброволокна; устройство ШПО с синхронным распределением щебня и вяжущего с использованием полимервяжущего типа СБС

ифиброволокном битума, битумной эмульсии или вспененного битума с добавлением щебня и фиброволокна; щебень при этом очищается на установке по промывке и обрабатывается вяжущим.

Применение фиброволокна также рекомендуется и при интенсивности дорожного движения более 1000 и до 6000 машин в сутки.

Вкачестве фиброволокна возможно использование стекловолокна, углеродного, базальтового, полиэфирного, полиакринонитрильного, нейлонового, капронового, кевларового и других видов фиброволокна. В результате получается композитное дорожное покрытие.

Установлено, что за счет уменьшения среднего квадратического отклонения исходных компонентов на 25 % доля брака может быть уменьшена в 3,5 раза, причем неисправимый брак может быть умень-

шен с 2,3 до 0,1 %.

Это важно, потому что по данным о статистике поврежденности композитов можно судить о принадлежности к конкретному типовому характеру изменения кривой распределения показателя качества, полу-

252

ченной по семи различным технологиям с конкретным вероятностным характером результирования влияющих факторов.

Такой подход требует получения достаточно больших массивов исходной информации для последующего статистического анализа. Отбором кернов такая задача без чрезмерных трудозатрат не может быть решена.

При этом можно ограничиться и эффективно использовать методы обработки цифровых изображений эксплуатируемых композитов с последующим статистическим анализом.

Содержание фиброволокна в заявленной смеси рекомендуется устанавливать, например, от 0,1 до 0,15 мас.% сверх массы минерального материала. Критерием нижнего предела должно быть обеспечение свойств смеси и полученного из нее покрытия, а критерием верхнего предела должно быть появление эффекта комкования фиброволокна при его введении в смесь, а также повышение стоимости асфальтобетонной смеси без существенного улучшения ее свойств.

Типовые рекомендуемые характеристики фиброволокна приведены в табл. 5.1. Возможно применение фиброволокна с отличными от приведенных в табл. 5.1 показателей.

Таблица 5.1

Типовые характеристики фиброволокна

Эффективность применения фиброволокон в шероховатых поверхностных слоях возрастает при увеличении их длин. Известно понятие критической длины волокон Lкр, до которых напряжение, собственно

253

60 мм. Расход фиброволокна при использовании битумощебнераспределителя составляет 30–200 г/м2.

Питание системы обеспечивается гидравлической системой. Измельчитель фиброволокон оснащается пневматическим устройством

в исходные компоненты до заполнения емкостей смесительно-распре- делительной машины. Для увеличения производительности распределительной машины необходима организация приобъектного склада для хранения материалов, в том числе с заранее введенным фиброволокном, применяемых при приготовлении «Сларри Сил».

Подбор составов мелкозернистого асфальтобетона тип «А» с добавками армирующего базальтового волокна показан в табл. 5.3.

Для тонких слоев износа длина фиброволокон рекомендуется в диапазоне 6–12 мм, при длине более 20 мм наблюдается неоднородность перемешивания. Распределение фиброволокон рекомендуется проводить по кинематической схема ручной воздуходувки, его рабочий орган позволяет добиться наиболее однородного (равномерного) распределения. Массовая доля фиброволокон сверх массы смеси определяется путем лабораторных изысканий. Выбор материалов фиброволокон и определение оптимальных составов армированного фиброволокном асфальтобетонной смеси производится по принципами выбора асфальтобетона для верхнего слоя дорожного покрытия.

Особенность определения оптимального состава асфальтобетона, армированного добавкой фиброволокон, в том, что при введении ба-

255

зальтового волокна, например, по массе 0,35–0,4 %, массу минерального порошка необходимо уменьшить до 4,5–5 %. Характеристика и требования к нитям базальтовых волокон приведены в табл. 5.4 и 5.5.

Таблица 5.5 Технические требования к ровингам из базальтовых нитей [64]

Требования к рубленому фиброволокну распространяются на рубленое волокно, которое представляет собой смеси коротких отрезков рубленых нитей.

Фиброволокно не применяется для решения проблем разрушения дорожного покрытия. Оно не способно прекратить процесс разруше-

256

ния, а может только скрыть его видимые признаки. Сначала следует исключить причину разрушения и только затем использовать шероховатые поверхностные слои с применением фиброволокна.

Выбор типа фиброволокна для конкретного применения зависит от ряда факторов. Полимерные армированные системы со стеклофиброй подходят для дорожных покрытий с низкой или средней интенсивностью движения. При высокой интенсивности движения лучше применять углеродную фибру.

Интенсивность и скорость движения транспорта в первые две недели приживаемости покрытия для предотвращения риска вырыва щебня и попадания во встречный транспорт должна быть ограничена до 60 км/ч.

Запрещается применять фиброволокно, не имеющее адгезию с применяемым битумом. Также рекомендуется применять преднапряженное фиброволокно (например, углеродное) как обеспечивающее однородность механических свойств шероховатого поверхностного слоя на всем сроке службы. Особая тщательность должна быть реализована при достижении равномерного распушения и распределения фибры в смеси или на дорожном покрытии.

Применение фибры практически не влияет на технологические характеристики процесса производства смесей или компонентов шероховатого поверхностного слоя, поэтому не требуется вносить какие-либо изменения в обычные методы укладки и уплотнения.

Подбор состава смеси заключается в установлении рационального соотношения между компонентами. При этом на основании проведенных исследований рекомендуемое содержание фиброволокон в смеси составляет 0,05–0,4 % от массы смеси. Точная величина расхода фиброволокон устанавливается опытным путем в зависимости от состава минеральной части. Необходимо увеличивать количество битума из расчета на одну часть фиброволокон две части битума.

Загрузка фиброволокон осуществляется сразу в один замес асфальтобетонной смеси равномерно с помощью пневматических устройств и т.п. Рекомендуется использовать следующие способы введения фиброволокон в смесь:

1) вдуванием предварительно вспушенных фиброволокон в «сухой» замес до введения вяжущего. Длина фиброволокон может быть более 10 мм;

257

2)вдуванием вспушенных фиброволокон в «мокрый» замес;

3)введениемфибрычерезбункерподачиминеральныхматериалов. При этом способе используется фиброволокно с длиной нарезки 6–

10 мм. При большей длине нарезки возникает опасность образования комьев и сгустков фиброволокон в смеси. Для равномерного распределения фиброволокна в смеси необходимо увеличивать время перемешивания замеса на 10–40 с.

4) введением фиброволокна через систему подачи минерального порошка. Этот метод применим при содержании минерального порошка более 5,0 %, а фиброволокно используется с длиной нарезки 6– 10 мм. На АБЗ, в которых минеральный порошок технологически объединяется с «пылью уноса» для использования в составе смеси, этот способ не используется.

Минимальное время перемешивания компонентов смеси зависит от конструкции АБЗ и для смеси без фиброволокон ориентировочно составляет: сухое смешивание 15 с; мокрое смешивание 45 с.

При приготовлении смесей с фиброволокном, в зависимости от способа внесения, рекомендуемое время перемешивания составляет:

1)при вдувании вспушенных фиброволокон в «сухой» замес: сухое смешивание при вдувании вспушенного фиброволокна 40 с; мокрое перемешивание 45 с;

2)при вдувании вспушенного фиброволокна в «мокрый» замес: сухое смешивание 15 с; мокрое перемешивание 75 с; включая внесение битума 15 с; вдувание фиброволокна 40 с; перемешивание 20 с.

Время перемешивания компонентов необходимо уточнять при выпуске пробных замесов. В схеме автоматического дозирования рекомендуется последовательно устанавливать емкость для хранения фиброволокна с заслонкой (клапаном), весы, емкость для дозирования с датчиком наполнения и заслонкой (клапаном), емкость для вспушивания фиброволокна с вентилями и манометрами для регулирования скорости воздушного потока и устройством вспушивания фиброволокна. В емкости для вспушивания фиброволокна рекомендуется предусмотреть отверстие для ручного внесения фиброволокон и необходимых добавок.

Для контроля параметров и равномерности применения фиброволокон рекомендуется применять цифровой микроскоп с видеокамерой

сувеличением 200х (250х). В комплектацию должны входить USBмикроскоп; стойка; калибровочная шкала; прозрачные насадки – 2 шт.

258

По результатам цифровой съемки и калибровки визуально определяется равномерность (неравномерность) распределения фиброволокна путем выделения участков снимка с разной плотностью распределения фиброволокна.

Машину для одновременного распределения щебня и битумной смеси с фиброволокнами рекомендуется оснащать двуспиральным распределителем передачи щебня к бункеру. Специальное оборудование для перемешиванияустраняеттакие проблемы, какрасслоениесмесиит.д.

Машина проводит распределение щебня без подъема бункера, оснащена электрической системой управления, которая может автоматически контролировать длину распределения. Машина для одновременного распределения щебня и битумной смеси с фиброволокнами создает однородные, равномерные асфальтобетонные покрытия. Регулируемая ширина распределения позволяет проводить равномерное распределение щебня с размером зерен от 3 до 30 мм. В оборудовании используется технология одновременного распределения щебня и битума с волокнами. Измельченные волокна, распределяясь равномерно, образуют неравномерную сетчатую структуру, которая значительно увеличивает прочность битумного связующего слоя покрытия при устройстве шероховатой поверхностной обработки.

Узел распределения волокна расположен в середине узла распределения асфальтобетонной смеси. Каждый узел распределения битума оснащен 36 устройствами измельчения волокна, пространство между которыми составляет 100 мм. Питание системы обеспечивается гидравлической системой. Измельчитель волокон (распылитель) оснащен пневматическим устройством предотвращенияобратногопотока всоплах.

Длина измельченных волокон может быть 30, 60 или 120 мм. Наилучший эффектраспределенияобеспечиваетсяпридлине волокна60 мм.

Выключатель оснащается встроенным датчиком контроля обработки волокна таким образом, чтобы рулоны подачи волокна автоматически отключались при возникновении сбоев в его подаче. Система распределения смеси должна включать два узла распыления (36 сопел распыления битумной смеси, пространство между которыми составляет 100 мм). Объемная плотность распыления должна регулироваться в диапазоне от 1,0 до 2,8 кг/м2. Должна быть предусмотрена система нагрева циркулирующего масла, обеспечивающая нагревание асфальтобетона до требуемой температуры.

259

Гидравлическая система автоматического распыления имеет компьютерное управление и отвечает за перемещение полюса распределения асфальтовой смеси вверх, вниз или вбок, а также включение/выключение.

Узлы распределения смеси должны иметь возможность складываться и регулироваться по высоте положения.

Компьютер должен позволять осуществлять непрерывный контроль объема распыления смеси в соответствии с производственными требованиями.

Процесс проектирования поверхностного слоя покрытия с применением фиброволокна рекомендуется производить в четыре этапа:

1) сбор и анализ исходных данных;

2) проектирование (обоснование) основных конструкционных

иэксплуатационных свойств поверхностного слоя;

3)проектирование технологии устройства поверхностного слоя;

4)разработка рекомендаций по технологии содержания и ремонта поверхностного слоя в процессе эксплуатации дорожного покрытия.

Этапы проектирования поверхностного слоя с применением фиброволокна покрытия взаимосвязаны и должны реализовываться исходя из следующих основных принципов:

– максимальное соответствие требуемым транспортно-эксплуа- тационным свойствам (скорости, удобства и безопасности движения) в течение расчетного срока службы покрытия;

– максимальное использование имеющихся возможностей произ- водственно-технической базы, технологических машин, местных до- рожно-строительных материалов и кадров при устройстве, содержании

иремонте;

– более полное раскрытие функционально-эксплуатационных свойств к шероховатых структур поверхности покрытия.

5.3.Новый способ создания дорожного покрытия

смакрошероховатым поверхностным слоем

Предлагаемый способ относится к строительству дорог и аэродромов, вчастности, кстроительствумакрошероховатыхдорожныхпокрытий.

Одним из важнейших эксплуатационных показателей качества дорожного покрытия, влияющего на его долговечность и безопасность

260