Покрытия, построенные с применением органических вяжущих материалов

1. Покрытия, построенные с применением органических вяжущих материалов

С применением органических вяжущих  материалов устраивают усовершенствованные  покрытия как облегченного, так и  капитального типов. Усовершенствованные покрытия облегченного типа устраивают на дорогах, имеющих интенсивность движения от 500 до 3000 авт./сут. Наибольшее распространение получили усовершенствованные покрытия облегченного типа, устроенные по способу поверхностной обработки, пропитки или смешения. Они имеют ровную   нескользкую   и   беспыльную поверхность, допускающую движение автомобилей с повышенными скоростями. Конструкция их обеспечивает движение автомобилей большой грузоподъемности в течение всего года.

Поверхностная обработка. Поверхностную  обработку устраивают для создания на покрытии коврика из мелкодробленного каменного материала, обработанного битумом. Такой коврик предохраняет покрытие от износа, повышает шероховатость, ровность и водоустойчивость дорожной одежды. Шероховатую поверхностную обработку устраивают как при строительстве новых одежд, так и при восстановлении шероховатости на изношенной скользкой поверхности существующих покрытий. Устройство поверхностной обработки в первую очередь необходимо предусматривать на следующих участках: на спусках, на горизонтальных кривых малого радиуса, на пересечениях в одном уровне, а также на подходах к этим участкам на расстоянии не менее 50—100 м и на других трудных участках дороги.

В зависимости от назначения поверхностная  обработка может быть одиночной  или двойной.

При одиночной поверхностной обработке  тщательно очищают поверхность  обрабатываемого покрытия от пыли и- грязи, затем автогудронаторами разливают органические вяжущие материалы жидких марок или быстрораспадающиеся эмульсии из расчета 0,5—0,8 л/м2, после чего рассыпают мелкие фракции дробленого щебня (размером 3—15, 15—20 мм) кубовидной формы. Щебень уплотняют легкими катками. Окончательное формирование покрытия происходит при движении автомобилей.

При двойной поверхностной обработке  делают второй розлив вяжущего и вторую россыпь минерального материала  с уплотнением его катками.

Второй розлив вяжущего выполняют  немедленно после укатки первой россыпи  минерального материала или через  некоторое время (две-три недели), когда первый слой сформируется и  уплотнится движением.

Поверхностную обработку можно  производить способом укладки мелкозернистой смеси щебня и песка, обработанной битумом в установке. При этом способе на подготовленное основание  слоем 2—3 см укладывают готовую смесь  в теплом, горячем или холодном состоянии и уплотняют. Для повышения шероховатости на поверхность уплотненного слоя укладывают черный щебень (крупностью 10—15 или 15—20 мм) слоем в одну щебенку, после чего укатывают поверхность слоя 3—4 проходами легкого катка до погружения щебенок в основной слой не более 2/з своего размера.

Пропитка. При устройстве покрытия по способу пропитки верхний недоуплотненный слой щебня пропитывают битумом или дегтем на глубину 4—8 см, после чего рассыпают более мелкий щебень (клинец) и интенсивно уплотняют его тяжелыми катками. При укатке происходит заклинивание щебенок и остывший вяжущий материал обеспечивает их связность. Для увеличения водонепроницаемости и создания коврика износа поверх. слоя пропитки делают поверхностную обработку с россыпью мелкого щебня крупностью 5—10 мм. Покрытия, устроенные по способу пропитки, имеют достаточную прочность, хорошую шероховатость и могут выдержать интенсивность движения до 1000 авт./сут. Недостатком этого типа покрытия является значительный расход битума и неравномерное обволакивание щебенок битумом. Излишки битума приводят к образованию сдвигов, волн, и, наоборот, недостаток битума вызывает уменьшение связности щебенок, выпадение их при движении автомобилей и дальнейшее разрушение покрытия. Указанные недостатки в большей степени исключаются при устройстве щебеночных покрытий по способу смешения на дороге.

Смешение минеральных материалов с органическими вяжущими. Покрытия из гравийных и щебеночных материалов, обработанных битумом или дегтем методом смешения, устраивают преимущественно на дорогах III и IV категорий при интенсивности движения до 1000—3000 авт./сут. Смешение минеральных материалов с органическими вяжущими возможно непосредственно на дороге или в специальных установках. В первом случае на дорогу вывозят подобранный по гранулометрическому составу гравийный или щебеночный материал, прочность которого должна соответствовать характеру и интенсивности движения. Наибольшая крупность частиц в составе смеси зависит от толщины укладываемого слоя. Для перемешивания с вяжущим могут быть использованы дорожные фрезы, дисковые бороны, автогрейдеры.

После смешения материал автогрейдером  равномерно распределяют в пределах ширины проезжей части и профилируют  с заданным поперечным уклоном. Уплотняют  катками на пневматических шинах  или самоходными катками массой 8—10 т. Толщина слоя покрытия, устроенного  по способу смешения на дороге, может  быть в пределах от 4,5 до 8 см.

Более эффективно для перемешивания  материалов непосредственно на дороге использование специальных самоходных машин. Такая машина, двигаясь вдоль  дороги, перемещает при помощи погрузчика минеральный материал из валика в  лопастную мешалку для смешения с вяжущим, а затем готовая смесь распределяется по основанию, профилируется и укатывается. Преимуществом способа смешения на дороге является полная механизация всех процессов производства и использование материалов без подогрева.

Щебеночные и гравийные материалы  можно смешивать с вяжущими в стационарных установках. В этом случае подбирают по гранулометрическому составу плотную минеральную смесь с крупностью зерен 0—25, 0—45 или 0—70 мм. Более крупнозернистую смесь укладывают в нижний слой. Обработанные органическим вяжущим щебеночные и гравийные смеси укладывают в горячем, теплом или холодном состоянии. Для приготовления теплых и холодных смесей применяют жидкие вяжущие материалы. Технология работ такая же, как и при устройстве асфальтобетонных покрытий. При смешении минеральных и органических вяжущих материалов в стационарных установках качество перемешивания при меньшем расходе вяжущего значительно лучше и в связи с этим прочность материалов получается выше.

Асфальтобетонные и дегтебетонные  покрытия. Асфальтобетонные и дегтебетонные  покрытия относят к усовершенствованным  покрытиям капитального типа, их устраивают на дорогах I, II, III категорий при интенсивности  движения более 3000 автомобилей в  сутки. Эти покрытия устраивают из горячих, теплых и холодных асфальтобетонных или дегтебетонных смесей, приготавливаемых в установках. Асфальтобетоны в зависимости  от вида каменного материала подразделяются на щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и битума; гравийные, состоящие из гравия, песка или гравийно-песчаного материала, минерального порошка и битума; песчаные, состоящие из песка, минерального порошка и битума.

Асфальтобетоны в зависимости  от вязкости применяемого в них битума и температуры укладки асфальтобетонных смесей в конструктивный слой подразделяются на горячие, теплые и холодные. Для  приготовления холодных смесей применяют  жидкие битумы.

Горячие и теплые асфальтобетоны, в свою очередь, в зависимости  от наибольшего размера зерен  щебня (гравия) могут быть: крупнозернистыми с зернами размером до 40 мм; средне-зернистыми с зернами до 20 мм; мелкозернистые с зернами 15 (10) мм. Песчаные асфальтобетоны могут содержать зерна размером до 5 мм.

Холодные асфальтобетоны бывают только мелкозернистыми или песчаными.

Монолитность, устойчивость и механическая прочность обеспечиваются тем, что  каменный скелет смеси подбирается  по принципу наибольшей плотности.

Для устройства верхнего слоя применяют  плотные горячие и теплые асфальтобетоны, обладающие остаточной пористостью 2,5—5%, обязательно содержащие минеральный  порошок, способствующий повышению  температуроустойчивости бетона. В нижний слой и в основание применяют асфальтобетон с остаточной пористостью 5—10%.

Холодный асфальтобетон применяется  для устройства верхнего слоя. Наибольшей шероховатостью обладают холодные асфальтобетоны из смеси гранитного щебня (до 60%), песка  и минерального порошка.

Асфальтобетонные покрытия устраивают однослойными w двухслойными на каменных и бетонных основаниях. Для лучшего сцелления с асфальтобетоном каменные основания обрабатывают битумными или дегтевыми материалами. Количество и толщину слоев устанавливают обычно по конструктивным и экономическим соображениям и проверяют расчетом на прочность.

Асфальтобетонные смеси укладывают в покрытие самоходными асфальтоукладчиками. Температура укладки горячей смеси должна быть не ниже 100—120° С, теплой—80° С, холодной не ниже 5—10° С (зависит от времени года). Уложенную смесь уплотняют вначале легкими, а затем тяжелыми катками (массой 6—8 и 10—13 т).

Холодную смесь уплотняют самоходными  катками массой от 2J до_5 т, чем достигают  образование в верхней части  покрытия плотной корки небольшой  толщины. Рационально уплотнять  холодную смесь катками на пневматических шинах. Окончательное Формирование покрытия происходит под действием  автомобилей, движущихся со скоростью  не более 40 км/ч, через две-три недели при интенсивном движении и благоприятной  погоде.

Шероховатость асфальтобетонных покрытий может быть достигнута в результате применения смесей с повышенным содержанием  щебня и поверхностной обработки.

К недостаткам асфальтобетонных покрытий следует отнести их темный цвет, создающий высокое светопоглощение, что может явиться причиной аварий в вечерние часы. При строительстве асфальтобетонных покрытий возможно применение осветителя, в результате чего достигается увеличение яркости покрытия в ночное время и повышение его рефлектир\ ющей способности. С этой целью для приготовления асфальтобетонной смеси используют светлый естественный или искусственный щебень.

В качестве искусственного щебня используют синтетические каменные материалы  типа дорсил (дорожный ситал) и термо-лит, полученные в результате обжига и кристаллизации минеральных материалов и шлаков. Эти материалы имеют белый цвет.

Осветление асфальтобетонного  покрытия возможно путем поверхностной' обработки с устройством слоя износа из светлых материалов.

Устройство слоя с использованием светлых материалов может производиться  путем втапливания светлого материала а недоуплотненный асфальтобетон с последующим доуплотнением или приклеиванием светлого материала к поверхности асфальтобетонного покрытия с помощью мастик, состоящих, например, из 50% битума БНД-40/60, 50% цемента марки 400.

Кроме синтетических материалов для  осветления могут быть использованы дробленое стекло, алюминиевая крошка, которая втапливается в поверхностный слой покрытия. Алюминиевая крошка позволяет в 2—3 раза увеличить яркость покрытия и сохранить ее в течение длительного времени.

С целью повышения безопасности движения на загородных дорогах и особенно при строительстве городских дорог и благоустройстве территорий целесообразно применение цветных покрытий.

Изменение цвета дорожного покрытия с чередованием раскраски уменьшает  утомляемость водителя на участках с  однообразным ландшафтом, повышает внимание водителя и помогает лучше ориентироваться. Для устройства таких покрытий используют цветные пластбетоны, которые представляют собой уплотненную смесь щебня, песка, минерального порошка, красителя  пигмента и вяжущего, взятых в определенных соотношениях.

Минеральные составляющие пластбетонов — щебень, песок и минеральный  порошок — должны быть светлых  тонов. В качестве щебня (размер зерен 3—8 мм) используют дробленный мрамор или светло-серый гранит. В качестве вяжущего применяют инден-кумароновые смолы коксохимического и нефтегазового производства, канифоль, древесную смолу и другие материалы.

Для придания пластбетону яркой  и чистой окраски в качестве пигментов  наиболее эффективны красная окись  железа, окись хрома (зеленая), двуокись титана (белая).

Пластбетон приготовляется горячим  способом в асфальтосме-сителях с мешалками принудительного перемешивания. Укладка ведется асфальтоукладчиками слоем 2—3 см.

Поверхностная обработка новых  усовершенствованных покрытий, устроенных с применением органических вяжущих, рекомендуется после доуплотнения и окончательного формирования этих покрытий под движением. Покрытия облегченного типа, особенно устроенные способом смешения на дороге или из готовых холодных смесей, перед поверхностной обработкой следует выдерживать под движением не менее 1 -1,5 месяца. Сокращение этого срока может быть допущено только для покрытий, устроенных в конце летнего строительного сезона перед наступлением холодной и дождливой погоды. В этом случае не полностью сформировавшиеся покрытия, не защищенные поверхностной обработкой, могут быть повреждены или даже разрушены воздействием движения, воды и мороза.

Покрытия, устроенные из щебеночных или  гравийных материалов, обработанных эмульсиями, рекомендуется выдерживать  под движением для окончания формирования без поверхностной обработки в течение года.

Поверхностная обработка на существующих покрытиях, устроенных с применением  органических вяжущих, необходима, когда  вследствие старения вяжущих и систематического загрязнения покрытие начинает интенсивно изнашиваться ("шелушиться"). В  этом случае поверхностная обработка  приостанавливает процесс износа покрытия и в некоторой степени замедляет  дальнейшее старение вяжущих.

Поверхностная обработка старых неравномерно изношенных цементобетонных покрытий, поверхность которых сильно загрязнена маслами, задерживает износ, частично выравнивает поверхность покрытия и повышает его шероховатость.

К повышению шероховатости необходимо стремиться при поверхностной обработке  покрытия любого типа. Безопасность автомобильного движения требует возможно более высокого сцепления между колесами автомобиля и покрытием.

Особенно ощутимо положительное  значение шероховатой поверхности  покрытия при высоких скоростях  движения (80 км/час и выше).

В отдельных случаях путем многократной (осуществляемой 4-5 раз и более) поверхностной  обработки можно повышать прочность  существующих дорожных одежд. Постепенно наращиваемая суммарная толщина  слоев достигает 4-6 см и более. При  такой толщине слой износа становится конструктивным слоем, который по своим  транспортно-эксплуатационным и прочностным качествам может быть приравнен к покрытию из плотной битумоминеральной или дегтеминеральной смеси.

Разновидностью поверхностной  обработки является также устройство весьма тонких (0,2-0,5 см) слоев для  кратковременной защиты покрытий от внешних воздействий.

Такими слоями из тонкой пленки вяжущего, засыпанной мелким минеральным материалом, в частности, защищают недостаточно сформировавшиеся под укаткой покрытия из плотных битумоминеральных и дегтеминеральных смесей, асфальтобетона или дегтебетона при постройке их осенью, когда низкая темпера туги препятствует быстрому доуплотнению и окончательному формированию покрытия под движением.

2. Поверхностная обработка

Поверхностная обработка  – технологический процесс устройства на дорожных покрытиях тонких слоев  с целью обеспечить шероховатость, водонепроницаемость, износостойкость  и плотность покрытий. Слой, устраиваемый этим способом, также называют поверхностной  обработкой

Поверхностные обработки  используются:

• либо как профилактический слой, который закрывает и предохраняет в плохую погоду основные конструктивные слои дорожных покрытий от преждевременного разрушения;
• либо как слой износа, подверженный стиранию в процессе движения, предохраняя наилучшим образом структуру дороги. Такому слою требуется только периодическое обновление для придания структуре дороги ее первоначальных качеств;
• либо как верхний слой дорожного покрытия с характеристиками шероховатости, обеспечивающими сцепление и хорошее дренирование поверхностных вод, приводящими к значительному понижению порога аквапланирования и создающими, благодаря повышенному удельному давлению, хорошее сопротивление формированию гололеда.

Кроме технических преимуществ, поверхностные обработки имеют  достаточно конкурентоспособную стоимость  по сравнению с комплексом верхних  слоев дорожных одежд, используемых в этих случаях.

Существует много различных  способов устройства поверхностных  обработок, из которых в настоящей статье рассматривается лишь один – использование для этой цели фракционного щебня и различных органических вяжущих, в том числе эмульгированных.

Чтобы создать поверхностную  обработку, соответствующую представленным требованиям, необходимо при ее устройстве соблюдать несколько принципиальных положений:

• использовать вяжущее, которое прочно и надолго соединяется с поверхностью покрытия или основания. Это соединение называется парой «вяжущее – основа»;
• каменный материал должен быть прикреплен к покрытию или основанию, а каждая щебенка должна быть прочно соединена с соседними. Это взаимодействие называют парой «вяжущее – щебень»;
• количество вяжущего должно быть достаточным, чтобы покрыть пленкой каждую щебенку на необходимую высоту и заполнить все микротрещины покрытия, но не быть избыточным, чтобы не выступать на поверхность щебеночного слоя. Это основной принцип дозировки и распределения вяжущего;
• каменный материал должен быть чистым, обладать высокими физико-механическими свойствами (прочностью, морозостойкостью, сопротивлением истиранию и др.), иметь определенные формы и размеры. Это основные требования к каменным материалам;
• количество каменного материала должно быть достаточным, чтобы создать нужную структуру поверхности, но не быть излишним, чтобы избежать необходимости удаления его. Это принцип дозировки и распределения каменного материала;
• каждая щебенка должна занять наиболее стабильное положение, а все вместе должны создавать сплошной монолитный слой с шероховатой поверхностью. Это основной принцип уплотнения.

Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной  обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:

• все работы по устройству поверхностной обработки должны быть выполнены в наиболее благоприятных условиях погоды. Это принцип назначения сроков выполнения работ;
• до начала работ должны быть решены все организационные вопросы, касающиеся поставки материалов, подготовки машин и оборудования. Это принцип организации работ;
• в процессе работ должны строго выполняться требования к технологии производства работ и качеству применяемых материалов. Это принцип организации контроля качества.

Поверхностные обработки  с использованием фракционированного щебня устраивают преимущественно  на участках дорог с опасными и  затрудненными условиями движения на дорогах I – III категорий.

В зависимости от типа и  состояния покрытия поверхностные  обработки могут быть одиночными и двойными; на цементобетонных покрытиях  – только двойными.

3. Виды поверхностных обработок

Различают несколько видов  поверхностных обработок, каждая из которых имеет свою сферу наиболее эффективного применения (рис. 2). 
 
 

Рис. 2. Виды поверхностных  обработок

1. Однослойная поверхностная обработка с однократным распределением вяжущего и щебня. Применяется для создания шероховатой поверхности и слоя износа дорожной одежды с достаточной прочностью. Это самый распространенный вид шероховатой поверхностной обработки, наиболее подходящий для всех видов движения. Чаще всего она устраивается из щебня фракций 5–10 мм.
2. Однослойная поверхностная обработка с двойным распределением щебня. На слой нанесенного вяжущего сначала рассыпают крупную фракцию щебня (например, 10–15 или 15–20 мм), прикатывают катком, а затем рассыпают более мелкую фракцию щебня (например, 5–10 мм) и уплотняют. Применяется на дорогах с интенсивным движением и высокой скоростью движения. Такая поверхностная обработка способствует улучшенной герметичности покрытия, устранению мелких неровностей и деформаций, лучше распределяет усилия от колес автомобилей. Особенно эффективно такая обработка работает на хорошем жестком основании.
3. Двухслойная поверхностная обработка. На первый слой разлитого вяжущего рассыпают крупную фракцию щебня и уплотняют. Затем разливают второй слой вяжущего, рассыпают более мелкую фракцию щебня и окончательно уплотняют. Применяется на покрытиях с недостаточной прочностью, при наличии сетки трещин, ямочности, колей, при высокой интенсивности движения, т.е. в тех случаях, когда необходимо не только создать шероховатый слой износа и защитный слой, но и улучшить ровность, несколько повысить прочность и сдвигоустойчивость. Применяется также на цементобетонных покрытиях.
4. Поверхностная обработка типа «сэндвич». На покрытие рассыпают щебень более крупной фракции, затем распределяют вяжущее, рассыпают щебень мелкой фракции и уплотняют. Структура получаемого слоя поверхностной обработки сравнима с однослойной поверхностной обработкой, устроенной путем розлива вяжущего и двойной россыпью щебня. Такая поверхностная обработка рекомендуется при неоднородном по ровности покрытии для его выравнивания и некоторого усиления. Применяется на дорогах второстепенного, местного значения.

При выборе способа устройства поверхностной обработки покрытий необходимо учитывать ее назначение, условия движения на дороге, климатические  условия района строительства, показатель твердости дорожного покрытия, наличие  материалов и средств механизации.

4. Технология поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня

Основным отличием новой  технологии устройства поверхностной  обработки является синхронное, практически  одновременное распределение вяжущего и россыпь щебня (рис. 3).

Рис. 3. Поверхностная  обработка с синхронным распределением материалов

При устройстве поверхностной  обработки традиционными методами разрыв во времени между распределением вяжущего и россыпью щебня лимитируется временем остывания горячего битума и может достигать 1 часа.

При синхронном распределении  вяжущего и щебня разрыв между  этими операциями не превышает 1 сек, что существенно сказывается на повышении качества поверхностной обработки, как при использовании в качестве вяжущего горячего битума, так и битумной эмульсии.

Повышение качества при использовании  в роли вяжущего горячего битума объясняется  тем, что за столь короткий промежуток времени битум не успевает остыть и сохраняет жидкую консистенцию и высокую клеящую способность. В результате битум хорошо проникает в микропоры щебня и покрытия, обволакивает каждую щебенку и прочно приклеивает их к покрытию и одну к другой.

Уплотнение уложенного слоя также происходит при горячем состоянии битума, что обеспечивает максимальный эффект уплотнения.

При использовании в роли вяжущего битумной эмульсии высокое  качество поверхностной обработки  с синхронным распределением вяжущего и щебня объясняется тем, что за столь короткий промежуток времени распад эмульсии только начнется, и эмульсия в жидком состоянии заполнит все микропоры щебня и покрытия, покроет каждую щебенку тонким слоем вяжущего и обеспечит возможность хорошего уплотнения слоя поверхностной обработки.

Синхронное распределение  решает все проблемы организации  и координации работ, возникающие  при асинхронном распределении, поскольку при каждой остановке в распределении щебня автоматически прекращается и распределение вяжущего. Существенно сокращаются простои из-за климатических условий и повышается производительность работ. Это важно при использовании вяжущих высокой вязкости, но особенно важно при работе в неблагоприятных погодных условиях.

Синхронное распределение  вяжущего и щебня благоприятно сказывается  на формировании сопряжения между вяжущим и щебнем, что гарантирует высокие эксплуатационные характеристики поверхностной обработки, уменьшает риск неудачи работ из-за разницы температур основания и вяжущего, а также из-за наличия сухих тонкодисперсных фракций при устройстве поверхностных обработок с использованием эмульсий.

Опыт показывает, что высокий  уровень качества поверхностной  обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня позволяет добиться поразительных результатов, когда  тонкий слой щебня и вяжущего выдерживает  интенсивное воздействие колес  автомобилей в течение 10–15 лет.

Таким образом, синхронное распределение  вяжущего и щебня с временем задержки в 1 секунду является самым важным нововведением в практике поверхностной обработки за последние 20 лет.

Технология производства работ

Существует два способа  устройства поверхностных обработок:

• традиционный – с раздельным распределением материалов;
• способ с синхронным распределением вяжущего и щебня.

Машины для  устройства поверхностной обработки

Для устройства поверхностной  обработки традиционным способом, т.е. с раздельным распределением вяжущего и щебня, используют автогудронаторы  и распределители щебня.

Автогудронаторы различают  и выбирают по:

• вместимости цистерны (грузоподъемности);
• ширине распределения вяжущего; при этом, как правило, выбирают ширину распределения равной ширине полосы движения дороги или на 5–10 см меньшую.

Распределители щебня  различают по:

• вместимости (емкости) бункера для щебня;
• ширине распределения щебня; при этом, как правило, ширину распределения щебня принимают равной ширине распределения вяжущего;
• типу хода (движения): прицепные и навесные базовые машины. Как правило, в качестве базовых машин для прицепных и навесных распределителей щебня используют автомобили-самосвалы.

Для устройства поверхностной  обработки методом синхронного (одновременного последовательного) распределения  вяжущего и щебня используют битумо-(эмульсие)-щебнераспределители.

Битумощебнераспределители различают по:

• ширине обработки, т.е. по соответствию (кратности) этого параметра ширине проезжей части автомобильной дороги;
• емкости (вместимости) бака для вяжущего и бункера для щебня;
• методу загрузки щебнем, т.е. использованию специальных загрузочных машин для загрузки щебня в бункер или специального самозагрузочного оборудования.