Устройство поверхностной обработки покрытий. Поверхностная обработка Одиночная поверхностная обработка

1.9.2 Поверхностная обработка

При конструкции шероховатые слои, устраиваемые методом поверхно­стной обработки, подразделяются на следующие типы:

Одиночная поверхностная обработка;

Зубчатая поверхностная обработка (одиночная с двойной россыпью щебня);

Двойная поверхностная обработка;

Поверхностная обработка типа «бутерброд» (рисунок 1.12).

Одиночная поверхностная обработка (рисунок 1.12, а) включает слой органического вяжущего и слой фракционированного щебня (В/Щ).

Зубчатая поверхностная обработка (рисунок 1.12, б) включает слой ор­ганического вяжущего и два слоя фракционированного щебня (В/Щ/Щ).

Двойная поверхностная обработка (рисунок 1.12, в) состоит из двух сло­ев органического вяжущего и двух слоен фракционированного щебня (В/Щ/В/Щ).

Поверхностная обработка типа «бутерброд» (рисунок 1.12, г) состоит из двух слоев фракционированного щебня, скрепленных слоем вяжущего (Щ/В/Щ).

Рисунок 1.12 - Конструкции шероховатых слоев поверхностной обработки:

1 - асфальтобетонное покрытие; 2 - слой вяжущего; 3 - распределенный щебень; 4 - уплотненным щебень

Конструкцию шероховатого слоя поверхностной обработки назначают:

На дорожных покрытиях из асфальтобетона и материалов, обработанных органическими вяжущими, в зависимости от степени твердости покрытия с учетом интенсивности движения транспортных средств;

Покрытиях из цементобетона в зависимости от интенсивности движения автомобилей.

Щебень для устройства поверхностной обработки получают путем дроб­ления изверженных и метаморфических горных пород. Для дорог I, II кате­горий марка по истираемости И-1, марка по дробимости не ниже 1200. Для дорог III-V категорий марка по истираемости И-2, марка но дробимости - не ниже 1000. Морозостойкость не ниже Р-50. Щебень должен быть чистым кубовидной формы.

При выборе фракции щебня учитывается разновидность покрытия. Для покрытий из асфальтобетона и материалов, обработанных органическими вяжущими, необходимо применять щебень фракций 5-10, 10-15, 15-20 или 20-25 мм. РД 0219.1.09-99 рекомендует также использование фракций 2-4, 4-6, 6-9, 9-12 и 12-16 мм. Конкретный размер фракции принимается в зависимости от реальных условий (интенсивность движения транспортных средств, категория твердости покрытия) на участке производства работ.

Для покрытий из цементобетона применяют щебень фракции 5-10 или 10-15 мм. Выбор размера фракции при устройстве одиночного шерохова­того слоя зависит от степени разрушения поверхности покрытия. Па уча­стках без признаков шелушения и при глубине шелушения до 5 мм при­меняют фракцию 5-10 мм, при глубине шелушения более 5 мм - фракцию 10-15 мм. При устройстве двойного шероховатого слоя для первой россыпи применяют фракцию 10-15 мм, для второй россыпи - фракцию 5-10 мм.

В качестве основного вяжущего материала при устройстве шероховатых покрытий методом поверхностной обработки используют:

Битумы марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, а также БМ 100/130;

Битумные эмульсии марок ЭБК-Б-65, ЭБК-Б-70, ЭБКМ-Б-65, ЭБКМ-Б-70.

Устройство шероховатых слоев методом поверхностной обработки вы­полняют летом в сухую погоду:

Для битумов при среднесуточной температуре воздуха не ниже 15 °С, или при среднесуточной температуре покрытия не ниже 22 °С ;

Битумных эмульсий при среднесуточной температуре воздуха не ниже 10 °С .

Технологический процесс устройства шероховатых слоев методом по­верхностной обработки включает три основных этапа:

Подготовительные работы;

Устройство шероховатого слоя износа;

Уход за шероховатым слоем износа.

Подготовительные работы . В подготовительный период выполняют:

Ограждение рабочей зоны и установку дорожных знаков для перево­да движения на объездной путь или перекрытия одной полосы;

Очистку покрытия от пыли и грязи;

Подгрунтовку покрытия.

Очистку поверхности покрытия производят механическими щетками с увлажнением сильно загрязненных мест. При использовании битумов в ка­честве вяжущего увлажненные места должны быть полностью высушены перед устройством

Способ поверхностной обработки наиболее широко применяют при строительстве слоев защитных и износа. Для этого по подготов­ленному основанию разливают вяжущее, затем рассыпают тонким слоем минеральный мелкозернистый материал и катками втапливания его в слой разлитого вяжущего. Постепенно под влиянием солнечной радиации вяжущее обволакивает весь минеральный ма­териал. Таким образом, заканчивается формирование слоя, кото­рый может служить и тонкослойным покрытием.

Поверхностная обработка может быть двойной и тройной, если указанные операции будут повторены. Толщина слоя одиночной поверхностной обработки 1,5-2,5 см, двойной достигает 3-4, трой­ной- 5 см. Число обработок зависит от типа и качества слоя, на котором устраивают поверхностную обработку, ее назначения.

Для лучшей связи поверхностной обработки с основанием или покрытием их тщательно очищают от пыли и грязи. Не всегда удается полностью удалить пыль и рыхлые продукты износа по­крытия, особенно на щебеночных и гравийных основаниях и покры­тиях. Чтобы эти пылеватые частицы не снижали сцепления поверх­ностной обработки со слоем, на который ее укладывают, предвари­тельно разливают вяжущее, т. е. делают подгрунтовку. Назначение этого розлива - связать пылеватые частицы и слегка пропитать слой, на котором будет уложена поверхностная обработка. Для подгрунтовки используют жидкие битумы, густеющие со средней скоростью (СГ15/25, СГ 25/40), медленногустеющие (МГ 25/40), каменноугольные дегти (Д-1, Д-2) и быстрораспадающиеся эмульсии.

Для поверхностной обработки с учетом дорожно-климатической зоны применяют нефтяные вязкие дорожные битумы БНД 200/300 и БН 200/300, БН 130/200 и БНД 130/200 и БНД 90/130 (ГОСТ 22245-76); нефтяные жидкие битумы (ГОСТ 11955-74), СГ 40/70, СГ 70/130 и СГ 130/200; каменноугольные дегти (ГОСТ 4661-76) и Д-5 и Д-6. Более вязкие материалы применяют в южных дорожно-климатических зонах, менее вязкие - в северных. Пригодны также прямые дорожные эмульсии, изготовленные на вязких битумах, при этом в северных климатических зонах, II и даже III желательноиспользовать только катионные эмульсии, вюжных можно и анионные. Каменноугольные дегти желательны в нижних слоях и совершенно не допустимы в верхних слоях в населенных пунктах.

В качестве минерального материала служит мелкий щебень (до 25 мм) высокопрочных горных пород (по износу И-1 и реже И-2), равноценные ему щебень из кислых доменных и сталеплавильных шлаков и дробленый гравий. Материал подбирают по крупности с учетом назначения и вида поверхностной обработки.

Если поверхностная обработка предназначена служить в каче­стве облегченных усовершенствованных покрытий и нижнего слоя двойной или тройном обработки, применяют щебень размерами О-15, 0-20 и 0-25 мм. На дорогах ІІ и III категорий для верхне­го слоя и одиночной поверхностной обработки используют щебень и дробленый гравий размерами 5(3) -10, 5(3) -15, 15-25 мм без высевок. Из такого материала получают плотные, но гладкие слон. Для строительства специальных поверхностных слоев износа по способу одиночной поверхностной обработки на усовершенствован­ных покрытиях применяю! однородный по размерам щебень 10 - 15, 15-20 или 20-25 мм.Крупные зерна должны отличаться от самых мелких не более, чем на 5 мм, за рубежом - не более, чем 2 мм (применяют щебень размерами 8-10, 10-12 мм), т. е. более одно­мерный с узкими пределами крайних размеров.

Требования к однородности материала по предельным разме­рам основаны на опыте службы поверхностной обработки. После окончания работ по устройству поверхностной обработки даже укатка не дает прочною объединенного слоя надо, чтобы все ще­бенки прочно прилипли гранями к разлитому вяжущему. При одно­родном щебне, рассыпаемом в один слой (рис. 86), этого можно

достигнуть. В разнородном материале всегда найдутся мелкие зер­на, которые будут сверху и не получат должного сцепления с биту­мом (рис. 87). Под воздействием касательных усилий колес авто­мобилей эти щебенки вырываются и вылетают в стороны, покрытие получается неровным и необходимы дополнительные, проводимые вручную, работы по их заметанию с обочин на покрытие. Вылетаю­щие из-под колес щебенки опасны, травмируют проезжающих и пе­шеходов, разбивают стекла у автомобилей. Поэтому на участках с законченной поверхностной обработкой ограничивают движение, ставя плакаты «Не превышать скорости 10(20) км - разобьешь стекло». Формирование поверхностной обработки, пока не переста­нет вылетать щебень, даже в сухую теплую погоду продолжается до 2 недель. Это вызывает на значительном протяжении дорог ограничение скорости, следовательно, снижение производительно­сти автомобильного транспорта. Поэтому стремятся ускорить фор­мирование поверхностной обработки, повышая эффективность вя­жущих, добавляя к ним минеральный порошок, активаторы (из­весть и цемент), ПАВ (каменноугольные, древесные, торфяные, буроугольные и сланцевые дегти и смолы, а также различные анион­ные и катионные добавки).

Добавка активаторов к щебню для улучшения сцепления его с вяжущим составляет 2-3% массовой доли. ПАВ добавляют в би­тум при его подогреве перед розливом; массовая доля их 5-15%. Расход битума соответственно сокращается. Улучшения сцепления достигают применением щебня, предварительно - обработанного вяжущим в установке. Для этого используют жидкие битумы СГ 70/130 и СГ 130/200, деготь Д-6 и дорожные эмульсии. Для облег­чения сцепления вяжущего с минеральным материалом в северных районах обязательно применение щебня, предварительно обрабо­танного битумом или дегтем в массовой доле 1,5-2%.

Работы по устройству поверхностной обработки проводят в су­хую теплую погоду. Температура воздуха при применении вязких битумов должна быть не ниже 15° С, жидких битумов и дегтей - не ниже 10° С, эмульсий - не ниже 5° С. Если используют обратную катионную эмульсию, в крайних случаях можно проводить поверх­ностную обработку при температуре от 0 до 5° С. При нижнем пре­деле температуры работы проводят весной с учетом того, что в даль­нейшем температура воздуха повысится. Осенью работы заканчи­ваются за 15-20 дней до наступления дождливого и холодного периода, когда температура воздуха становится ниже указанных пределов, чтобы формирование поверхностной обработки закончи­лось в год ее устройства. В целях сокращения расстояний перевоз­ки все материалы заготавливают и развозят заранее по базам, на которых имеются хранилища вяжущих, котлы для их подогрева и приготовления, склады для дополнительных материалов к ним, площадки для щебня. С учетом времени и источников получения материалов, в первую очередь вяжущих, базы располагают при станциях, на которые они поступают, вдоль дороги через определен­ное расстояние. Месторасположение баз устанавливают технико-экономическими расчетами с тем, чтобы расстояния перевозки осо­бенно автогудронаторами, не превышали 20 - 25 км.

Организация работ по устройству поверхностной обработки тре­бует проведения подготовительных работ, которые включают орга­низацию битумных баз и складов, подготовку дороги (ограждение рабочей зоны, установку дорожных знаков и подготовку основа­ния). Основанию придают поперечный профиль, соответствующий требуемому профилю покрытия или слоя износа в готовом виде. При этом могут потребоваться ремонтные работы по заделке разру­шенных мест и укладке местных выравнивающих слоев. Перед на­чалом этих работ основание тщательно очищают от грязи и пыли щеточными и поливо-моечными машинами. Но после этого основа­ние необходимо осушить дорожными сушилками и разогревателями инфракрасного излучения или выждать, пока вода испарится под влиянием солнечной радиации.

Очистку от пыли проводят установками, сдувающими ее в сто­рону, там где это возможно, или, наоборот, всасывающими пыль. Когда нет уверенности в беспыльности основания, производят под-грунтовку с расходом вяжущего в пределах 0,5 - 0,6 л/м 2 . Если ав­тогудронатор не может обеспечить такую норму розлива, применя­ют эмульсии. Эмульсию, содержащую 50% вяжущего, разливают в количестве 1 - 1,2 л/м 2 , что после испарения воды составит 0,5 - 0,6 л/м 2 вяжущего.

После того как подгрунтовка загустеет (лучше на следующий день), приступают к основным работам. Доставленное автогудронатором вяжущее для основного слоя разливают полосами. При работе с автогудронатором производительность рассчитывают по формуле (в т/смену):

где Т - продолжительность смены, ч; К в - коэффициент ис­пользования времени (0,85 - 0,9);А - вместимость автогудронато­ра, т; L - расстояние доставки вяжущего, км; V 1 и V 2 - скорости движения соответственно груженого и порожнего автогудронатора, км/ч; t н - время пребывания автогудронатора на базе, ч; t р - вре­мя на розлив вяжущего, ч (примерно 0,1 - 0,2 ч на 1 т вяжущего).

Для того чтобы равномерно распределить вяжущее и избежать его излишков в отдельных местах, применяют автоматы, которые обеспечивают постоянство расхода материала на единицу поверх­ности покрытия или основания. Расход вяжущего на 1 м 2 обрабаты­ваемой поверхности определяют (в л/м 2):

где Q - расход вяжущего, протекающего по главному трубо­проводу, л; B- ширина полосы розлива, м; V - скорость движения автогудронатора, м/мин.

Учитывая, что В за время опорожнения одного гудронатора остается постоянной, можно считать, что количество вяжущего, приходящегося на 1 м 2 , пропорционально . Система расходомера ХАДИ основана на использовании логометра, измеряющего соотношение двух токов, один из которых пропорционален расходу вяжущего, другой - скорости автогудронатора. Логометр показы­вает удельный расход вяжущего, а его шкала может быть проградуирована в л/м 2 . При движении автогудронатора на определен­ной скорости V, требуемой для заданного соотношения , трубо­провод подает в единицу времени Q вяжущего. При изменении ско­рости немедленно изменяется размер подачи.

Расход вяжущего при одиночной обработке в зависимости от размера минерального материала и назначения составляет от 1 до 2 л/м 2 . Для шероховатых слоев износа на усовершенствованных покрытиях расход не должен превышать 0,5-0,7 л/м 2 , с тем чтобы после окончания формирования слоя битум не выступал на поверх­ность. Автогудронатор Д-61А проводит розлив в количестве 0,3- 0,7 л/м 2 . Если автогудронатор не может обеспечить такую норму, то для получения тонкого слоя вяжущего сзади автогудронатора укрепляют резиновую гладилку, которая равномерно распределяет вяжущее, а излишки сдвигает на соседнюю полосу. Если нельзя обеспечить минимальную норму розлива вяжущего, применяют до­рожные эмульсии.

Расход вяжущего на основной розлив зависит от назначения и толщины поверхностной обработки, размера минерального мате­риала. Расход вяжущего увеличивается при одной и той же толщи­не слоя с уменьшением крупности зерен, а также при применении малопрочного, способного к размельчению при укатке. Для устрой­ства поверхностной обработки на изношенных усовершенствован­ных или переходных (щебеночных) покрытиях расход вяжущего увеличивается на 10%.

Во время розлива вяжущее должно обладать текучестью, чтобы равномерно распределиться по поверхности слоя и лучше обвола­кивать зерна минерального материала. В целях повышения удобообрабатываемости и временного понижения вязкости минеральные материалы подогревают.

При выходе из автогудронатора вяжущее в зависимости от его вида и марки должно иметь рабочую температуру:

Рабочая температура, °С

БНД 200/300, БН 200/300 .............................................................. 80-130

БНД 130/200, БН 130/200 ...........………………………………140-160

БНД 90/130, БН 90/130 ...........………………………………150-170

МГ 40/70, СГ 40/70 .............………………………………………..60-70

МГ 70/130, СГ 70/130 ......................................................................80-90

МГ 130/200, СГ 130/200 .................................................................90-100

Д-5 . . . ..........................................................................80-90

Д-6 . . . ..........................................................................90-120

Рис. .88. Схема разбивки сменной захватки на участки розлива битума и органи­зации работ с автогудронатором:

1- места остановок автоцистерны для заправки автогудронатора битумом (позиции I, І и ІІІ) ; 2 - разбивка оси покрытии (через 25 м); 3 - сигнальные флажки в конце участка роз­лива; 4 - места защитного слоя; 5 - автогудронатор в неполной позиции перед розливом битума. Цифры в кружках - порядковый номер участка розлива.

При введении ПАВнаибольшая температура нагрева вязких битумов не должна превышать 140°С.

Вяжущее разливают автогудронатором сразу на всю ширину проезжей части. При необходимости пропуска движения работы ведут по половинам проезжей части. Длину участка основного роз­лива назначают из расчета, чтобы объем разливаемого вяжущего за один проход автогудронатора равнялся вместимости его цистер­ны. В среднем при ширине 7-7,5 м длина участка (захватки), на котором устраивают поверхностную обработку, должна быть 500-800 м. Перед розливом регулируют рабочие органы автогудронато­ра (распределительные трубы и сопла, насос для подачи битума) с расчетом равномерного расхода вяжущего по заданной норме. Количество вяжущего, разливаемого автогудронатором на 1 м 2 , за­висит от работы насоса и скорости движения. Поэтому скорость ав­тогудронатора при розливе должна быть строго равномерной - не более 7-8 км/ч.

В начале и конце участка, когда автогудронаторы набирает ско­рость и тормозит, может возникать неравномерное распределение вяжущею. Поэтому в начале и конце участка на протяжении 2-3м покрытие закрывают толем, плотной бумагой или песком слоем 1-2 см. После окончания розлива защитные материалы убирают. На участках с продольным уклоном во избежание растекания вя­жущего розливпроизводят при движении автогудронатора на подъем.

На рис. 88 показана схема разбивки сменной захватки на участ­ки розлива битума и организации работы автогудронатора. Немед­ленно после розлива рассыпают минеральный материал; при при­менении эмульсин - не ранее как через 3-5 ч. Для россыпи при­меняют самоходные щсбнеукладчики и распределители каменной мелочи. Целесообразно использовать навесные к автомобилям-са­мосвалам распределители ящичного типа, которые навешивают сза­ди кузова. Автомобиль-самосвал подходит к полосе разлитого вяжущего задним ходом, опрокидывается кузов и постепенно мате­риал высыпается в бункер распределителя, из которого материал ровным слоем поступает на разлитое вяжущее. Автомобиль-само­свал движется задним ходом со скоростью до 10 км/ч по уже рас­сыпанному щебню.

Движение автомобилей по разлитому вяжущему недопустимо, так как оно будет прилипать к колесам, чем нарушится сплошность пленки и слой обработки не сформируется.

Для облегчения работ все автомобили-самосвалы, доставляю­щие щебень, должны иметь подвесные распределители. Если их не­достаточно, после россыпи материала бункерный распределитель оставляют на козлах в конце обработанного участка. Новый груже­ный автомобиль подъезжает к козлам и прицепляет распредели­тель.

Промышленность выпускает самоходные на колесном шасси рас­пределители минерального материала ДС-49, при работе с которы­ми производительность достигает 75 м 3 /ч.

Расход минерального материала зависит от его размера и же­лаемой толщины слоя. Для одиночной обработки расход составит:

Расход, м 2 /10П м 2

Щебень размером до 5 мм …....................................................... 0.55-0.6

» » » 10-25 мм........................................................................1.2-3.0

При двойной обработке расход колеблется от 1,8 до 4.5 м 3 на 100 м 2 поверхности, при тройной от 4,5 до 6,5 в зависимости от размера щебня, выбираемого для каждого слоя.

Прикатку минерального материала производят за 2-3 прохода катка с гладкими вальцами массой 5-8 т, а для одноразмерного щебня достаточно 1-2 проходов по одному следу. Задача прикатки - прижать щебень к вяжущему и распределить его по поверхно­сти основания.

Уход за поверхностной обработкой состоит в наметании сбро­шенных зерен, исправлении сухих мест и углублений, в добавке вя­жущего, а в места с излишком вяжущего - добавке мелкого щебня.

При двойной и тройной обработках отпадает необходимость в подготовке ранее уложенного слоя. В сухую жаркую погоду, ког­да есть уверенность в быстром формировании слоя, последующие слои можно укладывать один за другим. Иногда предпочитают пу­стить движение по первому слою, чтобы выявить слабые места, их исправить и после этого укладывать последующие слои. При двой­ной и тройной обработках щебень должен быть разного размера. Например, для первого слоя 15-20 мм, для второго 10-15 и для третьего, самого верхнего 5-10. Соответственно расход битума ме­няется. Если для первого розлива 1-1,4 л/м 2 , для второго 1 -1,2, для третьего 0,8-1. При устройстве одиночной поверхностной обра­ботки на усовершенствованном покрытии для достижения шерохо­ватой поверхности необходим минимальный розлив вяжущего - 0,5-0,8 л/м 2 . Битум не должен выступать на поверхность покрытия. Его должно хватить только для обволакивания щебня на 2 /з его высоты.

Строительство поверхностной обработки для получения особо шероховатых и износостойких слоев износа возможно с применением специальных острогранных материалов, желательно светоотражающих, например, дробленого стекла, фарфора и т. п.

Поверхностная обработка

Асфальтобетонное покрытие под воздействием транспорта и атмосферных факторов претерпевает существенные изменения, которые сводятся к износу покрытия и повышению хрупкости асфальтобетона, появляются трещины, наблюдается повышенный износ и шелушения. Это характерно и для участков покрытия, на которых уложена асфальтобетонная смесь с недостаточным содержанием битума. Одним из мероприятий по обеспечению стабильности свойств асфальтобетона является поверхностная обработка для защиты от непосредственного воздействия транспортных средств и атмосферных факторов.

Для поверхностной обработки применяют шлаковый щебень размером до 25 мм, полученный при дроблении металлургических шлаков. Щебень подбирают по крупности с учетом назначения и вида поверхностной обработки. Используют щебень как обработанный, так необработанный. Лучшие результаты достигаются при применении щебня, обработанного органическими вяжущими. Черный щебень возможно приготавливать в асфальтосмесителях в стационарных условиях и непосредственно на месте работ.

В зависимости от принятого способа производства работ выбирают вязкость битума. Так, черный щебень, обработанный битумом БНД 130/200, БНД 90/130 или дегтем Д-6, применяют только в горячем состоянии при температуре выше 120 °С; при обработке битумом БНД 200/300 его укладывают при 60-100 °С; при обработке битумом МГ 70/130 или (Т 130/200 и дегтем Д-5 черный щебень укладывают в холодном состоянии. Применение горячего и теплого черного щебня обеспечивает наилучшее качество покрытия, однако это связано с организационными трудностями. Ориентировочное количество битума для приготовления черного щебня составляет 1,5-2% от массы щебня.

Устройство поверхностной обработки заключается в розливе по предварительно очищенному основанию органического вяжущего, россыпи тонким слоем минерального мелкозернистого материала и последующего уплотнения слоя катками самоходными двухвальце-выми с гладкими вальцами массой до 6 т. Окончательное формирование слоя поверхностной обработки происходит под влиянием солнечной радиации и воздействием транспортных средств. Вяжущий материал и его вязкость назначают в зависимости от климатических и погодных условий, химико-минералогического состава и структурно-текстурных признаков минерального материала.

Процесс формирования поверхностной обработки канд. техн. наук В. Т. Кузьмичев 1 условно разделяет на три этапа.

Первый этап характеризуется сравнительно слабым прилипанием вяжущего к минеральным зернам из-за незначительной площадки контакта между ними, а также малой вязкостью вяжущего.

В этот период наблюдается отрыв щебенок под воздействием касательных усилий колес автомобилей.

Второй этап характеризуется устойчивым положением щебенок, перераспределением вяжущего в верхнюю часть слоя за счет сил межмолекулярного притяжения, увеличением вязкости вяжущего и уплотнения автомобильным транспортом. Второй этап даже в сухую теплую погоду продолжается около двух недель.

Третий этап - слой поверхностной обработки полностью сформировался. В этот период слой работает на истирание. Шероховатость слоя износа постепенно уменьшается вследствие вдавливания крупных зерен в покрытие и их полируемости, изменения гранулометрического состава щебня, который частично истирается и раздавливается сначала при укатке жесткобарабанными катками, а затем колесами автомобилей.

Следовательно, для обеспечения высокого качества поверхностной обработки необходимо, чтобы вяжущее хорошо смачивало минеральный материал и образовывало прочные устойчивые связи на границе раздела битум -поверхность щебня. Это достигается подбором минеральных материалов, способных активно взаимодействовать с вяжущим, введением поверхностно-активных веществ (ПАВ) в вяжущее или активаторов на поверхность зерен щебня.

Нефтяные битумы сравнительно плохо прилипают к поверхности щебенок из кислых пород и лучше из основных пород. Основные металлургические шлаки активно взаимодействуют с битумом. Между ними возможно возникновение химических связей. Анионак-тивные компоненты битума способны образовывать новые химические соединения с положительными ионами, входящими в состав шлака. Большая развитость поверхности шлаковых щебенок способствует проявлению механической адгезии.

Добавка активаторов (извести или цемента) к щебню из кислых шлаков для улучшения сцепления его с вяжущим составляет 2-3% массовой доли. ПАВ добавляют в битум при его подогреве перед розливом; массовая доля их 1 -10%. Значительно улучшают сцепление, применяя шлаковый щебень, предварительно обработанный вяжущим в асфальтосмесителе.

При использовании щебня из металлургических шлаков для устройства поверхностной обработки наиболее широко применяют следующий способ производства работ. Перед началом работ покрытие или основание тщательно очищают от грязи и пыли, а движение переводят на объезд, который во избежание попадания пыли на место работ систематически поливают водой.

Битум БНД 130/200 в количестве 1,1-1,2 л/м2 разливают автогудронаторами, после чего сразу рассыпают щебень в количестве 1,3-1,5 м3 на 100 м2 поверхности и начинают прикатку дорожными катками самоходными с гладкими вальцами массой до 6 т по три-четыре прохода по одному следу. Вязкость вяжущего при температуре воздуха выше 25 °С должна быть в пределах 120-150 ° глубины проникания иглы. В более прохладную погоду глубина проникания должна быть в пределах 150-200 град. Распределение щебня по разлитому битуму должно быть закончено в течение 30 мин.

Пвижение транспорта открывают по готовому участку не ранее, цем через 6-10 ч после того, как битум остынет.

В случае дождя в период окончания работ или ночью, а также на второй день следует немедленно закрыть движение по готовому участку до установления сухой и теплой погоды. После установления соответствующей погоды необходимо повторить уплотнение слоя износа двумя-тремя проходами катка и только после этого открыть движение.

При применении шлакового щебня для устройства поверхностной обработки необходимо учитывать его специфические свойства. Все зерна шлакового щебня имеют различную пористость. Согласно приведенным ранее данным, пористость плотных и плотно-пористых разностей достигает 10%, ноздревато-пористых 15-25%, а пемзоподобных до 50%. Водопоглощение этих шлаков изменяется в пределах 1,5-20%. Характер пор у шлакового щебня самый различный. Поры могут быть закрытыми (замкнутыми) и открытыми. Закрытые поры изолированы от открытых и не сообщаются между собой и окружающей средой. Открытые поры сообщаются с окружающей средой, что и необходимо учитывать.

Наличие в щебне различных по диаметру пор обусловливает капиллярные явления, приводящие к отсосу в глубь зерен низкомолекулярных компонентов битума. Если диаметр капилляров меньше 200 А°, происходит фракционирование битума. На наибольшую глубину внутрь зерен проникают масла, на меньшую смолы и у поверхности концентрируются асфальтены. Вязкость пленочного битума на зернах значительно больше, чем на плотных шебенках из плотных горных пород. Поэтому при использовании шлакового щебня для устройства поверхностей обработки вязкость битума должна быть меньше, чем для щебня из плотных горных пород.

Пористость шлакового щебня существенным образом влияет и на процессы формирования слоя поверхностной обработки. В случае плотного щебня смачивание зерен битумом происходит по наружной поверхности щебня, в то время как при пористой текстуре вначале происходят капиллярные явления, а затем после заполнения пор происходит смачивание битумом периметра зерен. Следовательно, формирование поверхностной обработки на шлаковом щебне протекает медленнее. Кроме того, зерна шлакового щебня всегда покрыты пленкой из пылеватых частиц, которая также замедляет процессы смачивания.

В связи с этим для устройства поверхностной обработки шлаковым щебнем наиболее целесообразно применять щебень, предварительно обработанный органическими вяжущими. В этом случае имеются все условия для быстрого формирования слоя. Для обработки шлакового щебня применяют каменноугольные дегти Д-2, Д-3 или битумы МГ 25/40 и МГ 40/70 в количестве 1,1-=-1,3% от массы щебня. Норму розлива вяжущего составляет 1,0 л/м2 покрытия, ориентировочно на 10-15% больше, чем для щебня из магматических горных пород.

Опытные участки поверхностной обработки, выполненные при ремонте дорог с асфальтобетонным покрытием в Донбассе, показали, что поверхностная обработка щебнем из доменных шлаков значительно лучше, чем обработка щебнем из местных известняков и песчаников.

Необходимость применения шлакового щебня была вызвана от-сутствием щебня из магматических горных пород.

На основании данных, полученных при эксплуатации опытных участков, в дальнейшем шлаковый щебень применяли в более ши-роких масштабах, исчисляемых сотнями километров.

Применение шлакового щебня для устройства поверхностной обработки экономически выгоднее по сравнению с аналогичными участками поверхностной обработки с использованием гранитного щебня, а также щебня из известняков. Если стоимость 1 м2 поверх-1 ностной обработки с гранитным щебнем составляет 0,421 руб., то со щебнем из известняков это будет 0,87, а на шлаковом щебне 0,72 от стоимости эталона.

Применение щебня из известняков и песчаников для устройства поверхностной обработки приводит к формированию защитных слоев, не обладающих достаточной шероховатостью за счет дробления разнопрочных зерен щебня при укатке, в то время как со шлаковым щебнем возможно получить покрытие с шероховатой поверхностью. В процессе переработки доменного шлака на щебень менее прочные зерна разрушаются и отгрохачиваются, т. е. происходит обогащение щебня по прочности.

На основании данных по эксплуатации участков асфальтобетонных покрытий с поверхностной обработкой шлаковым щебнем шероховатость покрытия сохраняется на отдельных участках в течение 2-3 лет.

Необходимо отметить, что почти на всех обследованных участках поверхностной обработки наблюдается лишнее количество битума, который заполняет-межзерновое пространство и уменьшает шероховатость покрытия, а в некоторых случаях полностью выравнивает поверхность покрытия и размягчает верхний слой. Шлаковый щебень хорошо приклеивается к битумной пленке и только лишний щебень сбрасывается транспортными средствами на обочину. Однако формирование поверхностной обработки за счет пористости зерен несколько затормаживается и, если температура воздуха падает, это может привести к разрушению поверхностной обработки. Подобные явления наблюдаются только при норме розлива вяжущего, необходимой для формирования шероховатой поверхностной обработки, т. е. 1,1 -1,3 л/м2. При большем расходе битума шлаковый щебень хорошо удерживается на поверхности покрытия, но это приводит к ликвидации шероховатости. Если поверхностная обработка устраивается щебнем, предварительно обработанным вяжущим, формирование слоя заканчивается значительно быстрее, разрушений не наблюдается, а шероховатость хорошо сохраняется в течение 2-3 лет.

Поверхностная обработка - это способ создания шероховатой поверхности покрытия и устройства слоев износа и защитных слоев путем розлива на основание тонкого слоя органического вяжущего, распределения высокосортного щебня и его уплотнения (рис. 3). Во многих странах поверхностную обработку называют Chip Seals — щебеночные защитные (изолирующие) слои.

Рис. 3. Основные технологические операции по устройству поверхностной обработки:

1 — подготовительные работы; 2 — розлив битума; 3 — распределение щебня; 4 — уплотнение щебня; 5 — сметание лишних щебенок

Перед устройством поверхностной обработки дорожное покрытие предварительно должно быть подготовлено. В состав подготовительных работ при устройстве поверхностной обработки на новом покрытии входит:

очистка покрытия от пыли и грязи;

установка знаков для организации движения, ограждение места производства работ.

В случаях, когда покрытие не удается полностью очистить от пыли и грязи, оставшейся в мелких трещинках и впадинах, его рекомендуется подгрунтовать путем розлива жидкого битума по норме 0,3-0,5 л/м 2 или битумной эмульсии с расходом 0,5-0,8 л/м 2 .

В состав основных работ входит розлив битума, распределение и уплотнение щебня. После этого производится сметание отдельных не укрепившихся щебенок и открывается движение транспорта. Процесс окончательного формирования поверхностной обработки продолжается около 10 дней, в течение которых скорость движения автомобилей ограничивается и производится ежедневное сметание не укрепившихся щебенок.

Назначениеи виды поверхностных обработок. Поверхностная обработка выполняет следующие функции:

восстанавливает и повышает сцепные качества дорожного покрытия;

формирует слой износа и защитный слой от проникания воды в дорожную одежду;

останавливает разрушение и продлевает срок службы старых покрытий, на которых появились признаки износа в виде трещин, шелушения, выкрашивания и другие;

при устройстве на щебеночных и гравийных покрытиях обеспечивает обеспыливание и значительно более комфортные условия движения автомобилей.

Различают несколько видов поверхностной обработки, которые применяют в различных условиях:

одиночная или простая обработка с однократным розливом вяжущего и распределением щебня. Применяется для создания слоя износа и шероховатого слоя на покрытиях с достаточной прочностью и невысокой интенсивностью движения. Толщина слоя составляет 1,5-2,5 см;

одиночная или простая обработкас двойным распределением щебня. На слой разлитого вяжущего сначала распределяют более крупную фракцию щебня (например, 8/11 или 15-20 мм), прикатывают катком, а затем распределяют более мелкую фракцию щебня (например, 2/5 или 5-10 мм) и уплотняют. Применяется на дорогах с высокой скоростью движения автомобилей. Толщина слоя может составлять 3-4 см;

простая обработка типа сэндвич. На поверхность покрытия распределяют крупную фракцию щебня, затем разливают вяжущее, распределяют мелкую фракцию щебня и уплотняют. Применяется при неоднородном по ровности основании для выравнивания и некоторого усиления;

двойная поверхностная обработка или поверхностная обработка типа двойной «сэндвич». На первый слой разлитого вяжущего распределяют крупную фракцию щебня и уплотняют. Затем разливают второй слой вяжущего, распределяют более мелкую фракцию щебня и окончательно уплотняют. Толщина слоя составляет 3-4 см. Применяется на покрытиях с недостаточной прочностью, при наличии сетки трещин, ямочности, колей, при высокой интенсивности движения, то есть 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;

двойная поверхностная обработкас прослойкой из щебня. На очищенное и выровненное гравийное или щебеночное покрытие рассыпают прослойку из щебня крупной фракции и уплотняют. Затем разливают первый слой вяжущего, распределяют более мелкую фракцию щебня и уплотняют. После этого разливают второй слой вяжущего, распределяют щебень мелкой фракции и окончательно уплотняют. Толщина слоя может достигать 5 см. Применяется на «белых» гравийно-щебеночных покрытиях для перевода их в «черное» шоссе.

Требования к каменным материалам для поверхностной обработки. Для поверхностной обработки применяют щебень из высокопрочных изверженных или метаморфических горных пород с прочностью более 100-120 МПа и износом при истирании в барабане Деваля не более 35 %.

Для дорог с малой интенсивностью движения допускается применять щебень из осадочных пород (известняк) прочностью не менее 80 МПа с истиранием не более 40 %. Щебень должен быть мытым: чистым и без пыли. Доля зерен мельче 0,63 мм не должна превышать 0,5 %. Зерна щебня должны быть одномерными узких фракций кубовидной формы.

В целях экономии дорогостоящего высокопрочного щебня на дорогах со средней интенсивностью движения можно устраивать поверхностную обработку из смеси разнопрочных каменных материалов, в которой 50 % и более составляет щебень прочностью 100 МПа и выше и до 50 % щебень прочностью 60-80 МПа. Опыт показывает, что в процессе эксплуатации более слабые щебенки истираются быстрее и уменьшаются по высоте, а более прочные щебенки выступают из покрытия и обеспечивают хорошие сцепные свойства мокрого покрытия.

По европейским стандартам применяют размер фракций щебня, мм — 2/5; 5/8; 8/11; 11/16 . В России допускается более широкий диапазон размера фракций, мм — 5-10; 10-15; 15-20 и 20-25 . Однако в последние годы наметилась тенденция к переходу на более мелкие размеры и более узкие фракции щебня, близкие к европейским стандартам.

Требования к однородности материала по предельным размерам основаны на опыте срока службы поверхностной обработки. Необходимо, чтобы все щебенки прочно прилипли гранями к разлитому вяжущему. При однородном щебне, рассыпаемом в один слой (рис. 4, а), этого можно достигнуть. В разнородном материале всегда найдутся мелкие зерна, которые будут лежать сверху и не получат должного сцепления с битумом (рис. 4, б). Под воздействием касательных усилий колес автомобилей эти щебенки вырываются и вылетают в стороны, покрытие получается неровным и необходимы дополнительные, проводимые часто вручную работы по заметанию щебенок с обочины на покрытие.

Рис. 4. Поверхностная обработка: 1 — вяжущее; 2 — щебень, не удерживаемый вяжущим; 3 — щебень, удерживаемый вяжущим

Вылетающие из-под колес щебенки опасны, травмируют проезжающих и пешеходов, разбивают стекла автомобилей.

Выбор размера фракций зависит от многих факторов, в том числе от того, какие транспортно-эксплуатационные характеристики покрытия необходимо получить, при какой интенсивности, в каком составе движения работает покрытие и в каких климатических условиях, а также от состояния старого покрытия и его твердости. Так, для получения водонепроницаемого защитного слоя небольшой толщины на местных проездах и площадях в населенных пунктах применяют щебень фракций 2/5, который создает мелкую шероховатость типа наждачной бумаги. Фракции 5/8 обеспечивают хорошую шероховатость на прочных и ровных покрытиях при минимальном уровне звуковой эмиссии. Более глубокую шероховатость, больший износ шин и уровень звуковой эмиссии создает поверхностная обработка из щебня фракций 8/11 и 11/16, однако она более долговечна при интенсивном движении и более эффективна на мягких покрытиях. На очень мягких покрытиях в районах с жарким климатом в России применяют щебень фракций 15-20 и даже 20-25 мм.

Для определения жесткости или твердости старого покрытия применяют твердомеры. Чтобы привести результаты измерений, выполненных при разной температуре, к сопоставимому виду, их приводят к расчетной температуре (рис. 5).

Для устройства поверхностной обработки применяют щебень, предварительно обработанный небольшим количеством органического вяжущего или чистый щебень. Для обработки щебень разогревают до температуры 170-180°С, загружают в мешалку, куда впрыскивают горячий битум в количестве 1-1,5 % от массы щебня и перемешивают. Получают так называемый черный щебень. Такая обработка часто используется при устройстве шероховатых слоев на дорогах в северных районах.

Считается, что в обработанном щебне битум проникает в микропоры и закрывает их для проникания воды, вследствие чего повышается водостойкость и морозоустойчивость щебня, который применяют на дорогах с высокой интенсивностью движения и в районах с холодным влажным климатом. Необработанный щебень применяют на дорогах с интенсивностью движения до 1000 авт./сут, а также для второй россыпи при устройстве поверхностной обработки с двухкратным распределением щебня.

Рис. 5. Оценка твердости покрытия:

Зоны жесткости: 1 — очень мягкое; 2 — мягкое; 3 — нормальное; 4 — твердое; 5 — очень твердое.

Однако можно предположить, что наличие пленки битума в порах обработанного щебня может препятствовать прониканию в них битумной эмульсии или битума, разлитого на покрытии и, наоборот, битумная эмульсия хорошо взаимодействует со свежей чистой поверхностью щебенок, глубоко проникает в микропоры и тем самым обеспечивает более прочные связи минеральных материалов. Поэтому необработанный щебень находит все большее применение для поверхностной обработки.

Требования к вяжущим для поверхностной обработки. В качестве вяжущих для устройства поверхностных обработок применяют в основном битумные эмульсии и, в меньших объемах, битум. В России чаще применяют вязкие битумы БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, МГ 130/200, МГ 70/130.

Благодаря водному характеру битумной эмульсии она обладает высокой смачивающей способностью поверхности щебня. При распаде эмульсии происходит адгезия (сцепление) битума с каменным материалом и одновременным вытеснением воды с поверхности каменного материала.

Обычно применяют катионные битумные эмульсии, в которых капельки битума имеют положительный электрический заряд, а поверхность каменного материала получает отрицательный заряд. Происходит обмен зарядами, что означает начало распада битумной эмульсии, после чего битум входит в жесткое сцепление с поверхностью щебня.

В современной технологии применяют высококонцентрированные битумные эмульсии типа ЭБК-2, в которых содержание битума составляет 65-70 %. Поскольку такие эмульсии имеют сравнительно высокую вязкость, их перед применением подогревают до 50-70°С для удобства обработки.

Для улучшения реологических и других физических свойств битумных эмульсий в настоящее время широко применяют добавки полимеров.

Битумные эмульсии, модифицированные полимерами, должны иметь температуру удара в тепле минимум 60-65°С и температуру удара в холоде минимум минус 5°С. Кроме эмульсий для поверхностной обработки часто применяют модифицированный полимерами горячий битум (табл. 20.2). В России это битум вязкий БНД 130/200 и БНД 90/130.

При использовании в качестве вяжущего битумной эмульсии расход эмульсии и щебня должен соответствовать нормам, приведенным в табл. 20.3.

Во Франции норма расхода битума для поверхностной обработки на старых покрытиях принята равной 10 % от расхода щебня, из них 8 % идет на обеспечение связи щебенок между собой и с основанием и 2 % на герметизацию мелких трещин в старом покрытии (табл. 20.4).

Принципиальный подход к назначению нормы расхода щебня состоит в том, чтобы его было достаточно для создания плотного каменного скелета, а количество вяжущего назначается из условия, что вяжущее должно обеспечить обволакивание всех щебенок на высоту 2/3 от размера щебенок и герметизацию старого покрытия .

Организация работ по устройству поверхностной обработки. Поверхностную обработку устраивают обычно летом в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 15°С. Допускается выполнять работы при температуре воздуха 5°С весной и 10°С осенью.

При использовании в качестве вяжущего битумной эмульсии поверхностную обработку можно устраивать на влажном покрытии и при небольшом дожде.

При использовании в качестве вяжущего горячего вязкого битума все работы должны быть выполнены за время, пока температура битума не опустилась ниже допустимой по загустеванию битума. При розливе битума температура должна поддерживаться:

для вязких битумов марок БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90 и БН 90/130 в пределах 150-160°С;

для марок БНД 130/200 и БН 130/200 в пределах 100-130°С;

для полимербитумных вяжущих в пределах 140-160°С;

для дегтеполимерного вяжущего в пределах 100-110°С.

Таблица 2

Нормы розлива вяжущих и распределения щебня при устройстве поверхностных обработок

Вид поверхностной обработки	Фракция щебня, мм	Расход щебня		Расход вяжущего, л/м 2
		кг/м 2	м 3 /100 м 2
Одиночная на вязком битуме	5-10	11-15	0,9-1,1	0,7-1,0
	10-15	15-20	1,1-1,4	0,9-1,0
	20-25	25-30	1,4-1,6	1,1-1,4
Одиночная на вязком битуме с двукратной россыпью щебня	Первая россыпь 15-25	16-18	1,2-1,4	1,4-1,5
	Вторая россыпь 5-10	6-8	0,6-0,8	-
Одиночная на 50% битумной эмульсии	5-10	12-15	0,9-1,1	1,6-1,8
	10-15	15-20	1,2-1,4	1,8-2,0
	15-20	20-25	1,3-1,5	2,0-2,4
	20-25	25-30	1,4-1,6	2,4-2,6
Двойная на вязком битуме	Первая россыпь			первый розлив
	15-25 или	20-25	1,2-1,5	1,1-1,4
	20-25	25-303	1,4-1,6
	Вторая россыпь			второй розлив
	5-10 или	15-20	1,2-1,3	0,6-0,8
	10-15	15-20	11,2-1,4

Примечание. При применении необработанного щебня нормы розлива битума повышают на 20 %. Фракцию щебня для одиночной поверхностной обработки выбирают по расчету и в зависимости от твердости покрытия

Таблица 20.3

Способ обработки	Размер щебня, мм	Расход щебня, м 3 /100 м 2	Расход эмульсии, л/м 2 , при концентрации битума, %
			60	50
Одиночная	5-10	0,9-1,1	1,3-1,5	1,5-1,8
Двойная	15-20	1,1-1,3	1,5-1,8	1,8-2,2
	Первая россыпь		Первый розлив
	5-10	0,7-1,0	1,3-1,5	1,5-1,8
	Вторая россыпь		Второй розлив

Таблица 20.4

Температуру и концентрацию эмульсии устанавливают в зависимости от погодных условий следующим образом:

при температуре воздуха ниже +20°С эмульсия должна иметь температуру от 40 до 50°С (при концентрации битума в эмульсии 55-60 %). Подогрев эмульсии до такой температуры осуществляется непосредственно автогудронатором;

при температуре воздуха выше +20°С эмульсия (при концентрации битума в эмульсии 50 %) может иметь такую же температуру, но не менее.

Для прочного сцепления битумной эмульсии с обрабатываемым покрытием необходимо обеспечить его чистоту. Очистку покрытия выполняют непосредственно перед началом поверхностной обработки. При сухой жаркой погоде покрытие увлажняют (0,5 л/м 2) непосредственно перед основным розливом эмульсии. Температура и концентрация эмульсии устанавливаются в зависимости от погодных условий: при температуре воздуха ниже 20°С применяют эмульсию с концентрацией битума 55-60 % и температурой 40-50°С; при температуре воздуха выше 20°С подогревать эмульсию не надо и концентрацию битума можно уменьшить до 50 %. Вязкость эмульсии должна быть в пределах 15-30 с.

Распределение эмульсии и щебня может производиться раздельно и синхронно. При раздельном распределении первоначально эмульсию разливают в количестве 30 % нормы и рассыпают 70 % нормы щебня. Сразу после этого разливают остальное количество эмульсии (70 %) и распределяют оставшийся щебень. Щебнераспределитель должен двигаться как можно ближе к автогудронатору и рассыпать щебень перед собой. Уплотнение (самоходные катки на пневмоходу или с обрезиненными вальцами совершают 4-5 проходов со скоростью до 5 км/ч) начинается с момента начала распада эмульсии и заканчивается в момент его окончания. При синхронном распределении эмульсия и щебень попадают на покрытие с интервалом времени не более 1 с. При таких условиях эмульсия успевает до начала распада заполнить поры покрытия и щебня и тем самым создать благоприятные условия для последующего уплотнения поверхностной обработки.

Основной розлив вяжущего производят, как правило, по одной половине проезжей части или на ширину одной полосы движения в один прием без пропусков и разрывов. Если можно организовать движение транспортного потока по объезду, розлив вяжущего и распределение щебня целесообразно выполнять на всю ширину проезжей части одновременно или с небольшим уступом. Это позволит избежать образования продольных шов в поверхностной обработке.

При определении длины сменной захватки и подборе состава машин необходимо исходить из того, что все работы по распределению битумной эмульсии и щебня и по уплотнению должны быть закончены за время распада эмульсии, который легко определить визуально по внешнему виду, когда коричневый цвет эмульсии сменится темным.

Распределение щебня необходимо выполнять как можно быстрее после розлива вяжущего. Поэтому щебнераспределитель должен идти сразу за гудронатором. Распределители щебня бывают самоходными или навесными на автомобилях-самосвалах. В любом случае распределитель щебня работает по схеме «от себя», то есть так, чтобы его колеса двигались по уже распределенному щебню, а не по слою вяжущего. Для этого автомобиль с навесным распределителем движется задним ходом.

Общий состав основного звена машин для поверхностной обработки состоит из машины для очистки покрытия от пыли и грязи, автогудронатора, распределителя щебня (одного или двух), звена катков и машины для подметания лишнего щебня. Уплотнение начинают сразу после распределения щебня сначала средним катком за два-три прохода по одному месту со скоростью 10-15 км/ч, а затем тяжелым катком не менее чем по два-три прохода по одному месту. Лучшие результаты получают, когда для уплотнения применяют самоходные катки на пневматических шинах.

В процессе уплотнения необходимо учитывать особенности устройства различных видов поверхностных обработок. Простые поверхностные обработки с двойным распределением щебня уплотняют только после второго распределения щебня. Оба слоя должны очень быстро укладываться друг за другом, а последующее уплотнение производиться очень интенсивно пятью проходами катка по одному следу. При поверхностных обработках типа сэндвич первый слой щебня также не уплотняется и уплотнение начинается после распределения второго (верхнего) слоя щебня. При двойных обработках уплотнение начинается после первого распределения щебня. Затем немедленно укладывается и уплотняется второй слой.

Уход за поверхностной обработкой. После уплотнения катками и завершения распада эмульсии открывают движение по поверхностной обработке. В течение первого периода, который составляет 3-10 дней, необходимо обеспечить движение автомобилей со скоростью не более 40 км/час, чтобы лишний щебень не вылетал из-под колес и не мог разбить стекла автомобиля. Лишний щебень в первые дни регулярно убирают сметающими или всасывающими машинами. В течение нескольких дней битум под действием тепла и движущегося транспорта поднимется и покроет все щебенки тонким слоем, придав поверхности однородный цвет.

Поверхностная обработка с синхронным распределением вяжущего и щебня. Качество поверхностной обработки во многом зависит от надежности работы системы «вяжущее-щебень» и «щебень-вяжущее-основание».

Опыт эксплуатации поверхностных обработок показал, что наиболее эффективно это взаимодействие, когда вяжущее заполняет зону контакта между смежными щебенками на высоту h , которая должна быть равна 2/3 высоты щебенки, то есть

h = 2/3 D , где

h - высота слоя вяжущего в зоне контакта смежных щебенок, мм;

D - размер щебенки по высоте, мм.

Установлено, что до 80 % дефектов поверхностной обработки составляют отделения и выкрашивания щебенок вследствие недостаточной связи в зоне их контакта.

Надежное сопряжение щебенок друг с другом происходит за счет выдавливания вяжущего в зазоры между щебенками и дальнейшего продвижения вверх по законам капиллярного поднятия. Высота этого поднятия зависит от размеров зазоров между щебенками и вязкости вяжущего (рис. 6). Вяжущее с невысокой вязкостью в капиллярах образует глубокий мениск и поднимается на большую высоту, обво лакивая щебенку тонким слоем (рис. 6, а). Вяжущее с высокой вязкостью не позволяет образоваться мениску, поднимается на небольшую высоту, оставляя значительную часть щебенок без пленки вяжущего (рис. 6, б). В процессе эксплуатации связи между такими щебенками ослабляются и они отделяются от покрытия, происходит выкрашивание.

Рис. 6. Варианты сопряжения щебня с покрытием:

а — при нормальном поднятии битума с образованием высокого мениска;

б — при недостаточном поднятии битума без образования мениска

Чтобы уменьшить вязкость битума в процессе устройства поверхностной обработки, его подогревают и распределяют при температуре 140-160°С. Однако разлитый по поверхности покрытия горячий битум толщиной пленки 0,5-2,0 мм очень быстро остывает. При этом его вязкость также быстро увеличивается и к моменту распределения щебня может достичь значительной величины.

Высококонцентрированные битумные эмульсии тоже обладают сравнительно высокой вязкостью и поэтому их перед распределением рекомендуется подогревать до 50-70°С. Кроме того в битумной эмульсии после распределения начинается процесс быстрого распада, до окончания которого щебень уже должен быть распределен. Таким образом, на качество поверхностной обработки большое влияние оказывает период времени от розлива вяжущего до распределения щебня t (рис. 7).

Рис. 7. Интервал времени между распределением вяжущего и щебня

При обычном, асинхронном распределении вяжущего и щебня, когда вяжущее распределяется автогудронатором, а щебень идущим за ним на расстоянии 10-100 м и более щебнераспределителем, промежуток времени t составляет от 5 с при очень четкой работе машин до 10 мин и более при небольших задержках с распределением щебня. Поэтому задача сокращения периода между распределением вяжущего и щебня является задачей повышения качества и долговечности поверхностной обработки.

Эта задача успешно решена в технологии устройства поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня. Для этого созданы комбинированные машины и оборудование для распределения вяжущего и щебня с интервалом времени всего в 1 с. Для поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня в России применяют машины БЩР-375 и битумощебнераспределители Саратовского ФГУП Росдортех типа Чипсилер-40 и Рипсилер-26 (рис. 8). Производительность указанных машин составляет 3-6 км/ч.

Машина состоит из емкости для вяжущего с подогревом, кузова для щебня, системы распределения вяжущего, щебнераспределителя и специальной консоли (площадки) оператора с пультом автоматизированного управления рабочими органами машины и процессом распределения. Кузов автомобиля разделен поперечными перегородками, позволяющими расходовать щебень частями. Система распределения вяжущего состоит из плоскоструйных форсунок, расположенных на одной поперечной балке на расстоянии 10 см одна от другой с общей шириной распределения до 4 м. Вяжущее из форсунок распределяется под давлением в виде мельчайших частичек и покрывает покрытие тонким равномерным слоем. Каждая форсунка имеет автономное включение и выключение, что обеспечивает возможность гибкого регулирования ширины распределения вяжущего (битума или битумной эмульсии).

Щебнераспределитель оригинальной конструкции позволяет распределять фракции размером 2-20 мм слоем в одну щебенку. Для лучшего формирования рассыпанный щебень необходимо немедленно уплотнить катками на пневматических шинах или катками с обрезиненными вальцами.

Рис. 8. Комбинированная машина «Чипсилер» фирмы «СЭКМЭР» для синхронного распределения вяжущего и щебня:

1 — емкость для вяжущего; 2 — кузов для щебня; 3 — распределитель вяжущего; 4 — щебнераспределитель; 5 — рабочая площадка оператора с пультом управления

Чтобы обеспечить надежное всесезонное функционирование автомобильных дорог в условиях увеличения интенсивности транспортных потоков, необходим мониторинг их состояния и своевременное устранение дорожных дефектов, вызванных действием природных факторов и несоблюдением правил перевозки грузов. Научно обоснованное внедрение инновационных технологий, основанных на применении новых материалов, позволяет добиться высоких результатов в этой сфере.

Шероховатая поверхностная обработка с распределением вяжущего и щебня «Чип Сил» (Chip Seal) применяется для восстановления защитных свойств дорог чаще других аналогичных способов. Принцип устройства покрытия такого типа достаточно прост. После нанесения вяжущего, распределения на нем инертного материала и его уплотнения получается относительно прочный слой износа с ровной шероховатой поверхностью, с хорошими сцепными свойствами и антибликовым эффектом. «Чип Сил» заполняет и герметизирует микротрещины, а также ограничивает доступ воды к верхнему слою асфальтобетона. Такой вид защитной обработки позволяет избежать укладки нового асфальтобетонного слоя в тех случаях, когда существующее покрытие еще не очень сильно изношено. Снижение затрат при этом может достигать 50%.

Соотношение материалов должно быть таким, чтобы получилась монолитная структура из щебенок, покрытых битумом на 2/3 высоты. Расход вяжущего составляет примерно 10% относительно расхода щебня, из них 8% идет на закрепление отдельных щебенок, а 2% – на герметизацию дефектов старого покрытия. В зависимости от заданных условий применяют несколько видов поверхностной обработки: с однократным распределением вяжущего и щебня, с двукратным распределением щебня на один слой вяжущего, с двукратным распределением вяжущего и щебня. Двукратное распределение материалов помогает улучшить ровность, повысить прочность и сдвигоустойчивость покрытия.

При устройстве «Чип Сил» могут быть применены различные типы вяжущего, например модифицированные и немодифицированные, быстрораспадающиеся и среднераспадающиеся битумные эмульсии, модифицированный полимером или резиновой крошкой асфальтобетон, а также немодифицированный асфальтобетон. Соответствующий тип вяжущего выбирается на основании оценки состояния дорожного покрытия, климата, свойств инертного материала, требуемого срока службы и стоимости работ. Состояние щебня тоже имеет большое значение. Он должен быть одного размера, дробленым и твердым, для того, чтобы обеспечить длительный срок эксплуатации покрытия. Битумная эмульсия не прилипнет к слишком пыльному или слишком влажному щебню.

«Чип Сил» применяется для профилактики деформации и разрушения дорог, поэтому не подходит для проблемных покрытий. Будущая основа должна быть прочной и не иметь структурных повреждений. Допускаются лишь незначительные дефекты на поверхности. Погодные условия во время работ оказывают непосредственное влияние на их эффективность. Погода должна быть сухой и теплой, чтобы способствовать наилучшей укладке вяжущего и его отверждению.

В состав звена техники для поверхностной обработки входят машины для предварительной очистки покрытия от пыли и грязи, распределения битума и щебня, уплотнения нанесенного слоя и подметания. При традиционном раздельном распределении самосвал с щебнераспределительным оборудованием движется за гудронатором задним ходом и рассыпает щебень перед собой. При синхронном распределении вяжущее и щебень попадают на поверхность за битумощебнераспределителем почти одновременно, с интервалом менее 1 секунды. В этом случае не успевшее остыть вяжущее заполняет микропоры щебня, что обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики покрытия. Равномерность розлива вяжущего достигается перекрытием струй на заданной высоте. Для этого необходимо отрегулировать высоту гребенки и струю форсунок. Уплотнение слоя щебня должно быть выполнено сразу же после его укладки.

Чтобы избежать дробления каменного материала, для уплотнения используются пневмошинные катки с давлением в шинах от 0,7 до 0,8 МПа с нагрузкой на колесо не менее 1,5 т. Чтобы щебенки не сдвинулись, скорость катков не должна превышать 10 км/ч. Число проходов при этом может варьироваться от одного до шести. Финишные проходы можно выполнить легкими тандемными или комбинированными катками. После завершения работ дорога открывается для движения, но с соблюдением скоростного ограничения до 40 км/ч на период до пяти дней, чтобы не допустить повреждения автотранспорта, связанного с выбросом щебня из-под колес. Как только слой сформируется, отслоившийся щебень необходимо удалить щеткой, например, поливомоечной машины или КДМ. Давление щетки на поверхность не должно быть слишком сильным.

Участники рынка

Специалисты французской компании SECMAIR (с 2008 г. входит в группу компаний FAYAT ), крупного европейского разработчика и производителя техники для содержания дорог, в 1985 г. первыми внедрили в производство битумощебнераспределитель (чипсилер) с технологией синхронного распределения вяжущего и щебня. Современный вариант чипсилера на базе шасси грузового автомобиля – это высокотехнологичный комплекс для ремонта и содержания автодорог с компьютерным дозированием материалов. Чтобы сократить время, требующееся для пополнения запасов, на чипсилеры установлены большие емкости, вмещающие до 9000 л вяжущего и до 9 м 3 инертного материала, что позволяет наносить за один проход слой шириной до 4,5 м, которая соответствует одной полосе движения. Для загрузки щебня используется установленный на автомобиль манипулятор с грейферным ковшом. Чтобы сэкономить вяжущее и щебень, при необходимости можно наносить покрытие локально на участки полотна, где появились трещины, используя систему GPS. Камера, расположенная в передней части автомобиля, распознает области, подлежащие обработке, и передает данные системе управления New Pilot, которая, в свою очередь, отображает их на дисплее в кабине оператора.

Для российского рынка SECMAIR предлагает модель чипсилера 320-2 на шасси КАМАЗ с резервуаром для вяжущего объемом 3500 л, покрытым 10-сантиметровым слоем теплоизоляции Rockwool. В состав системы подогрева входят автоматическая дизельная горелка с электроподжигом и бак для дизельного топлива объемом 50 л. Распределительная гребенка с подогревом и с возможностью бокового смещения на 200 мм включает 28 форсунок с плоской струей. Равномерность розлива вяжущего достигается за счет тройного перекрытия струй при положении гребенки на определенной высоте. После раздачи вяжущего остатки из контура вяжущего и гребенки всасываются обратно в емкость.

Система распределения щебня шириной 3,2 м оснащена 14-ю заслонками с автоматически регулируемой подачей. Распределительный барабан с гидравлическим приводом диаметром 220 мм создает поток щебня. Управление системой распределения осуществляется микропроцессором, который рассчитывает и корректирует подачу битумного насоса в зависимости от скорости движения машины, измеряемой радаром, количества задействованных форсунок и ширины распределения материала. Оператор имеет возможность перейти на полуавтоматический режим работы и самостоятельно управлять отдельными заслонками и форсунками или их группами, активировать отдельно режим подачи вяжущего, режим распределения щебня или оба режима одновременно.

Совместно с компанией SECMAIR российская компания «Спецдортехника» выпускает битумощебнераспределитель СДТ-126 с цистерной для вяжущего объемом 3500 л и с кузовом вместимостью 5,5 м 3 , которого хватает в среднем на 3,3 мин работы. Гребенка СДТ-126 расширяется от 2,5 м до 3,1 м с шагом 0,22 м, расход вяжущего составляет от 0,3 до 3 м 2 с шагом 0,05 м 2 . Температура вяжушего поддерживается автоматически с помощью дизельной горелки. В качестве опции машина, имеющая рабочую скорость от 3 до 5 км/ч, может быть оснащена металлическими вальцами для предварительной прикатки щебня.

Укладочные машины OB-VARIO компании Schäfer-Technic , как указывает производитель, отвечают современным требованиям, предъявляемым к содержанию и ремонту дорог и подходят для поверхностной обработки на федеральных, областных, районных дорогах, а также на дорогах внутри населенных пунктов. Оборудование Schäfer-Technic позволяет использовать любые типы вяжущего и высокосортные щебни, отличается большой производительностью и качеством. Загрузочное приспособление позволяет загружать щебень из самосвала и подавать его в бункер прямо на рабочей площадке. За счет этого достигается значительное повышение производительности за смену. Благодаря дозировочной автоматике с сенсорным управлением вяжущее и щебень подаются в нужном количестве без ограничений на всю рабочую ширину. Оператор задает желаемую дозировку на мониторе. Топовая модель 45/12 STH с рабочей шириной 4,5 м смонтирована на полуприцепе, оснащена цистерной для вяжущего объемом 12 000 л и бункером для щебня на 17,5 т.

Модель щебнераспределителя KD 3D , которую производит польская машиностроительная компания MADROG , смонтирована на базе прицепа и предназначена для работы в составе звена, состоящего из тягача и битумовоза. Кроме того, фирма MADROG, основанная в 1985 г., выпускает гудронаторы, укладчики обочин, оборудование для поверхностной обработки и ремонта дорог. Все узлы и детали этого бренда, по заявлению MADROG, проходят многократные испытания. «Дорожный комбайн» KD 3D оборудован бункером для щебня и битумным насосом для забора вяжущего из внешней цистерны, производительность которого автоматически синхронизируется с подачей щебня.

Кроме того, электронная система поддерживает заданную оператором подачу вяжущего и щебня вне зависимости от скорости движения, учитывает пройденное расстояние и обработанную площадь. Ширина распределения KD 3D составляет 2,5 м (3 м предлагается в качестве опции). Каждая из подающих форсунок с пневмоприводом может включаться отдельно. Такая функция необходима для ямочного ремонта или для устранения колейности. Оператор имеет возможность изменять ширину, длину и плотность распределения материалов непосредственно во время движения. Для предварительного уплотнения служат встроенные прикаточные валики с пневматическим приводом. Для лучшего обзора рабочей площадки рабочее место оператора, оборудованное пультом управления с электронным дисплеем, находится в передней части машины.

Технологии поверхностной обработки традиционно очень популярны у подрядчиков из Франции, именно поэтому компания Acmar из французского города Краон сосредоточила свои усилия на разработке техники для распределения щебня и битума. Acmar предлагает две модели с синхронным распределением, RGA и RGS . Модель RGA с баком вяжущего от 5000 до 8000 л монтируется на 3- или 4-осное шасси. Для подогрева вяжущего используется автоматическая горелка, которая управляется компьютером. Очистка системы также компьютеризирована. Производительность битумного насоса составляет 45 м 3 /ч. Кузов для щебня с встроенным толкателем имеет объем от 6 до 8 м 3 . Максимальная ширина телескопических гребенок для распределения щебня и битума составляет 4,4 м. Для заделки выбоин предусмотрена штанга для подачи материала с катушкой и гибким шлангом, а также поддон с лопатой. Управление оборудованием производится джойстиком из кабины водителя. Все рабочие параметры сохраняются в памяти системы управления. RGS представляет собой аналогичную машину, но с меньшими емкостями для материалов: цистерна и кузов – до 6 м 3 .

Одна из последних разработок компании – первый в мире фронтальный распределитель щебня , который крепится к передней части самосвала, перед кабиной водителя. Использование данного оборудования обеспечивает возможность самосвалу со щебнем двигаться передним ходом, следуя сразу за автогудронатором. К преимуществам новой концепции можно отнести повышенную безопасность, точную подачу с автоматическим управлением и телескопическим расширением до 4,4 м, а также возможность демонтажа передней навески, что позволяет использовать самосвал круглый год, в том числе по прямому назначению.

Итальянская компания MASSENZA с более чем более 70-летним опытом работы считается одним из мировых лидеров в области битумных технологий. В настоящее время MASSENZA сосредоточила свои усилия на разработке нового оборудования для обслуживания дорог. Комбинированная машина COMBIMAS 10 , предназначенная для устройства покрытий «Чип Сил», сокращает время выполнения работ за счет инновационной системы загрузки материалов с двумя транспортерами с гидроприводом. Щебень в бункер объемом 10 м 3 можно загружать прямо из самосвала, без фронтального погрузчика. У теплоизолированной минеральной ватой кубической емкости для вяжущего из конструкционной стали марки S355JR объем также составляет 10 м 3 , а толщина стенок – 4 мм. В качестве вяжущего допускается применение битума, битумной эмульсии, полимерно-битумных материалов, при этом обеспечивается производительность до 20 000 м 2 в смену. Для подогрева битума используется маслонагревательная станция с автоматической дизельной горелкой, что позволяет сэкономить до 30% дизельного топлива по сравнению с факельными системами подогрева, сохранить свойства битумного материала и использовать его полностью, без необходимости поддерживать технологический объем вяжущего. Гребенка подогревается горячим маслом по всей ширине. Система дозирования регулирует подачу материала в зависимости от температуры, давления, скорости движения автомобиля, размера форсунок, что позволяет в автоматическом режиме распределять битумное сырье. Дозирование осуществляется с точностью до 10 г вяжущего на квадратный метр покрытия. Дополнительный ручной распределительный пистолет с тремя форсунками и гибким шлангом длиной 4 м используется для локальных работ. В качестве силовой установки используется дизельный двигатель Deutz BF4M2012 мощностью 74,9 кВт при 2500 оборотах в минуту.

Битумощебнераспределитель ДС-180 производства ОАО «Кургандормаш» ;также позволяет производить шероховатую поверхностную обработку с синхронным распределением вяжущего материала и щебня. Битумощебнераспределитель ДС-180 состоит из автомобильного тягача КАМАЗ-65116 и полуприцепа, на раме которого установлено оборудование. Комплект включает битумную цистерну объ­емом 6 м 3 с теплоизолирующим слоем стекловолокна толщиной 50 мм, распределитель битума циркуляционного типа, битумный насос, бункер-накопитель для щебня объемом 10 м 3 , щебнераспределитель роторного типа, уплотнитель щебня, механизм загрузки и рабочую площадку оператора. Подогрев битума в цистерне обеспечивается стационарной дизельной горелкой через жаровую трубу. Максимальная ширина распределения ДС-180 составляет 3,5 м с шагом изменения 0,19 м. По заявлению производителя, машина позволяет улучшить качество поверхностной обработки, повысить ее однородность и существенно снизить себестоимость выполняемых работ.

Российские дороги в основном выполнены из асфальтобетона, сохранить который в первозданном виде надолго в нашем климате достаточно сложно. После первых лет эксплуатации на некоторых участках дорог из-за слабого основания может образоваться колейность, весной появляются выбоины, продольные и поперечные трещины. Уже на ранней стадии износа дорожники должны выполнять комплекс работ по предупреждению дальнейшего разрушения дорожного полотна. Для продления долговечности применяются все новые материалы и передовые технологии, позволяющие добиться хороших результатов.

Чтобы увеличить межремонтный срок автомобильных дорог, был разработан метод «Чип Сил», с помощью которого быстро и с наименьшими затратами наносится тонкий слой износа. Специалисты утверждают, что, если такая работа выполнена своевременно и с соблюдением всех технологических требований, о новом ремонте можно забыть на годы. «Чип Сил» традиционно обеспечивает быструю, надежную и экономичную обработку поверхности, защищая ее от воды и повышая износостойкость.

Последние технологические и конструкторские достижения в области материалов и оборудования позволили существенно снизить зависимость результата от опыта, интуиции и навыков ремонтной бригады, которые были определяющими в недавнем прошлом. Так, по содержанию влаги, связанному с адгезией, можно точно рассчитать, когда начинать очистку лишних щебенок и открывать движение. Специальные тесты позволяют оценить физические свойства эмульсии. Практикуется использование одномерного щебня узких фракций, полимерных эмульсий, минеральных добавок, волокон, резиновой крошки и т. д. Применение компьютерного управления упрощает равномерное нанесение материалов и позволяет быстро вносить необходимые корректировки.

Таким образом, сегодня обработка способом «Чип Сил», наряду с технологиями «Сларри Сил» и «Новачип», надежно сохраняет различные дорожные покрытия при самых разнообразных условиях выполнения работ.