Поверхностная обработка дорожных покрытий. Шероховатая поверхностная обработка дорог Шероховатая 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.

Техника используемая в работе	Стоимость
Автосамосвал 10 тонн МАЗ - 555102-2123	1400 руб. / час
Автосамосвал 20 тонн Камаз 6220-43	1700 руб. / час
Асфальтоукладчик BOMAG BF 223C	5000 руб. / час
Асфальтоукладчик BOMAG BF 600C	6800 руб. / час
Асфальтоукладчик BOMAG BF 800C	7500 руб. / час
Каток дорожный BOMAG BW 120 AD-5	2000 руб. / час
Каток дорожный BOMAG BW 202 AD-5	2500 руб. / час
Каток дорожный ДУ 84	2000 руб. / час
Каток дорожный ДУ 97	2000 руб. / час
Каток дорожный ДУ 100	2000 руб. / час
Каток дорожный НАММ HD 90VV	2500 руб. / час
Каток дорожный НАММ HD 120VV	2500 руб. / час
Машина дорожная комбинированная (КДМ) ЭД405Б КАМАЗ 65115-62	2800 руб. / час

Производство поверхностной обработки

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

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.

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.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ОБРАБОТКА

Щебень

Щебень поверхностной обработки передает нагрузку от транспортного движения на покрытие, служит слоем износа и повышает сцепление между дорогой и колесом автомобиля.

Для того, чтобы обеспечить комплекс этих функций, щебень должен быть прочным, определенной формы, не чувствительным к морозу и обладать хорошей адгезией к покрытию и поверхности минерального материала.

Характеристики щебня зависят либо от выбора месторождения (внутренняя характеристика), либо от способа их производства. Внутренние свойства отвечают потребностям усталостной прочности, сопротивления износу и долговечности в комплексе собственных или приобретенных характеристик.

Три испытания принципиально определяют эти внутренние характеристики:

• Cопротивление удару;
• Cопротивление износу из-за трения;
• Долговечность (микро-шероховатости) измеряется коэффициентом ускоренного полирования.

К этим трем испытаниям желательно добавить четвертое:

• Испытание однородности щебня, позволяющее обнаружить наличие элементов различной объемной массы, изучение характера и пропорций которых может помочь принять щебень или отказаться от него.

Четыре критерия определяют качество щебня.

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав определяет шероховатость и однородность поверхностной обработки.

Обычно применяемый щебень подразделяется на следующие классы зернистости (европейские стандарты):

2/4 - 4/6 - 6/10 - 10/14; эти обычные размеры стандартизированы. Очень редко используется другая зернистость; тем не менее, в любом случае желательно соблюдать правило: d 0,6D (d и D представляют пороги зернистости щебня d/D)

2/4 является исключением из этого правила, чистоты которого, с другой стороны, трудно добиться.

Правило d0,6D ограничивает расширение гранулометрического состава и позволяет добиться однородной поверхностной обработки, Заполнитель, кроме определения d/D, должен иметь свою гранулометрическую кривую, включенную в график его класса зернистости.

Углометрическая формула

Щебень для поверхностных обработок, добываемый из горных массивов и гравийных карьеров, тщательно дробится. Если он приходит из гравийных карьеров, он должен представлять соотношение дробления 4 и более. В силу экономической целесообразности и для неинтенсивных перевозок можно, тем не менее, использовать части еще более крупного соотношения. Соотношение дробления — это отношение самого малого размера материала естественного происхождения, подвергнутого дроблению, к самому крупному размеру полученного мелкозернистого материала.

Форма

Форма щебня должна быть как можно более кубической, плоские (плитки) и вытянутые (иглы) элементы хрупки и плохо укладываются на покрытие. Следует соблюдать следующие правила:

L= Длина (самый большой размер)
G= Величина (диаметр самого маленького кольца, через которое можно пропустить щебень)
Е= Толщина (минимальный разброс двух параллельных плоскостей, между которыми можно поместить щебень).

Необходимо:

А) чтобы неравенство L˂G6Е было верно для 90% элементов щебня
Б) чтобы процентное соотношение элементов щебня, для которого отношение G/Е выше 1,56, не превышало:

20-25%, если движение неинтенсивное;
15%, если движение интенсивное;
10%, если движение очень интенсивное.

Чистота

Щебень поверхностной обработки должен быть очень чистым, что обуславливает его тщательную мойку во время производства. В зависимости от того, интенсивное или нет движение, пропорция в весе частиц, проходящих через сито 0,5 мм, должна быть меньше 0,5, 1 или 2% (включая частицы, связанные с мелкозернистым материалом). Кроме того, пропорция мелких частиц ниже 5 микрон должна быть менее 0,05% общего веса мелкозернистого материала. Наличие глины, даже в очень слабых пропорциях, очень нежелательно: глина крайне гидрофильна, и сильное разбухание, которое происходит при наличии воды, приводит к тенденции разрыва связки «вяжущее-щебень».

Катионная эмульсия

Роль битумной эмульсии в поверхностной обработке сводится к приклеиванию щебня к покрытию и приданию водонепроницаемости дорожной одежде.

Выбор битумной эмульсии, предназначенной для поверхностной обработки, определяется в зависимости от типа структуры покрытия, которое должно быть уложено, от профиля дороги, от окружающей среды, от климата, от периода проведения работ, от характера перевозок и от сроков возобновления движения.

Производимая при температуре +80°С приблизительно, и разливаемая при +20°С...+70 °С битумная эмульсия классифицируется, как «холодное вяжущее».

Преимущества битумной эмульсии многочисленны по сравнению с преимуществами безводных вяжущих (разжиженные битумы, разбавленные и т.д.).

Например:

• Произведенная и распределенная при пониженной температуре, она потребляет меньше калорий;
• Она не требует сложностей в складировании и распределении;
• Она не представляет опасности воспламенения, не токсична во время обращения с ней;
• Менее требовательная к атмосферным условиям, она позволяет продлить период реализации работ с начала весны до конца осени;
• Она достигает своих конечных качеств не с помощью испарения, а посредством разрыва между битумом и водной фазой, что придает ей лучшую устойчивость во время укладки в холодный и влажный период;
• Она не подвергается застыванию при контакте с грунтом;
• Она имеет максимальную силу сцепления с заполнителем благодаря прекрасному увлажнению последнего в водной фазе;
• Она не может размягчить основание, предотвращая погружение щебня в покрытие или выход вяжущего на его поверхность.

Используемые для поверхностных обработок эмульсии являются, главным образом, катионными эмульсиями.

Концентрация

В поверхностных обработках полезное вяжущее является остаточным вяжущим после распада эмульсии, сопровождающимся испарением и выделением воды. Процентное содержание битума в эмульсиях, используемых для дорожных технологий, может быть от 60 до 69%. 69-процентная эмульсия наиболее подходящая для поверхностных покрытий. Она довольно вязкая при нормальной температуре окружающей среды, чтобы не стекать в углубления на покрытии дороги при сильной деформации или повреждении. Она позволяет получить за один розлив достаточное количество остаточного «вяжущего», чтобы обеспечить укладку щебня крупного размера в один слой.

Вязкость

Вязкость должна быть такой, при которой битумное «вяжущее» не стекает в пониженные области (углубления), и легко распределяется обычными автогудронаторами.

Пенетрация (проницаемость) битумов в зависимости от температуры:

Для битума, подвергнутого одинаковой обработке, вязкость эмульсии непосредственно связана с его пенетрацией. Вязкость будет тем более низкой, чем ниже будет пенетрация; это видно на примере производимой 69%-ой эмульсии, сделанной на основе битума пенетрации60/90, либо на основе битума 100/130: второй менее вязкий, чем первый.

Следует отметить, что охлаждение при заданной температуре сопровождается ускоренным повышением вязкости эмульсии с большим процентным содержанием битума, как это показывает разница уклона кривых вязкости, соответствующих 65 и 69%-ным эмульсиям.

Современные распределительные машины позволяют розлив 69%-ных эмульсий при температуре приблизительно +20°С, тем не менее, предпочтительно их распределять при более высокой температуре (+40...+70°С), что позволяет получить лучшее образование пленки, быстрое охлаждение которой препятствует посторонней утечке. Подсчет показывает, что эмульсия, распыленная между +70 и +80°С на покрытие с окружающей температурой 20°С, остывает при контакте с дорогой до температуры приблизительно +35°С из-за мгновенного обмена калориями с поверхностью контакта.

Вязкость эмульсии изменяется в зависимости от пенетрации битума и от температуры, а также в зависимости от рецептуры, от распыления вяжущего и от процентного соотношения битума в эмульсии.

Влияние температуры на скорость распада катионных эмульсий:

При температуре +20°С 65%-ная эмульсия имеет вязкость от 6° до 10°Е (градус Энглера), тогда, как 69%-ная эмульсия имеет 12-20°Е.

Эмульсии называются жидкими, если их вязкость ниже 6°Е, полужидкими, если вязкость колеблется между 6 и 15°Е, и вязкими, если вязкость выше 15°Е. Градус Энглера легко преобразовать в показатели ГОСТа по вязкости в секундах.

Скорость распада (время распада)

Скорость распада катионных эмульсий является функцией с многочисленными параметрами. Первым из этих параметров является рецептура эмульгирования. Выбор и дозирование эмульгатора позволяют получить различные качества эмульсий. Эмульсии классифицируются по международным стандартам, исходя из их скорости распада по 4 категориям (в России — ЭБК 1,2,3):

• Эмульсии с быстрым распадом,
• С полубыстрым распадом,
• С медленным распадом
• Сверхстабилизированные эмульсии.

Можно также наблюдать, что температура играет важную роль в скорости распада. Скорость распада эмульсии, распределенной при +50°С, будет в два раза быстрее, чем скорость распада эмульсии той же рецептуры, разлитой при +20°С. Увеличение скорости распада, связанное с повышением вязкости во время охлаждения, позволяет распределять эмульсию без перерасхода, каким бы ни был поперечный и продольный уклон, деформация покрытия или толщина наносимого слоя.

Время распада зависит от степени влажности дороги и щебня, и имеют прямое воздействие на распад эмульсии. Мокрое шоссе или смоченный щебень требуют уменьшения время распада. Во влажных регионах имеет место подгонка рецептуры с целью уменьшения этого времени до минимума.

Пористость щебня, которая выражается в увеличении удельной поверхности, способствует, напротив, если она сильно развита, значительному уменьшению времени распада.

Укладка поверхностной обработки при низкой температуре или при повышенной температуре

До появления катионных эмульсий поверхностные обработки достаточно долго подвергались феномену «облысения». Последний происходил либо из-за недостаточности прилипания на границе «вяжущее-щебень», либо из-за хрупкости пленки «вяжущего» при низкой температуре.

Действительно, проницаемость битумов, входящих в состав эмульсий, быстро уменьшается, когда температура падает.

Так, для битумной эмульсии 100/130, разлитой при температуре +10°С, пенетрация остаточного «вяжущего» будет равна 30, но, если после разлива температура понижается до 0 или -5°С, пенетрация достигнет, соответственно, 10 и 7. Проницаемость при низкой температуре будет, очевидно, еще более низкая, с более жесткими битумами. В любую погоду изменение объема вяжущего в щебне напоминает ртуть в термометре — коэффициент расширения вяжущего в 30-50 раз выше коэффициента расширения минерального материала.

Не принимая во внимание точку хрупкости, которая для битума наступает при -25°С...-30°С, и ниже которой всякое движение становится невозможным, вязкость при 0°С такова, что динамический удар может привести к самым печальным последствиям.

Например, когда при 0°С на посыпанную солью дорогу падает снег, температура поверхности покрытия резко понижается до -15°С. Происходит настоящий термический удар: очень вязкий битум при 0°С быстро сжимается и растрескивается, в то время, как более мягкий битум, может сжиматься без растрескивания. Разрыв пленки «вяжущего», когда это происходит, представляет собой открытую щель для воды, что приводит к разрушению покрытия в короткие сроки.

Так как «мозаика» не сформирована, то есть, так как под воздействием движения щебень не лег, как следует, и поддерживается взаимосвязью его боковых сторон, покрытие остается хрупким, в особенности при низкой температуре. Тем не менее, следует отметить, что время, в течение которого покрытие остается хрупким, будет намного короче, если речь идет о многослойном покрытии.

Чтобы ускорить фиксацию щебня в вяжущем и предотвратить появление феномена «облысения» при низкой температуре, базовый битум катионных эмульсий при разливе может разбавляться некоторым количеством растворителя. Его количество зависит от температуры укладки и выбирается таким образом, чтобы пенетрация остаточного вяжущего эмульсии была, при температуре укладки, приблизительно равной пенетрации, которую имел базовый битум при +25°С.

Исходя из этого, возможно укладывать покрытия при относительно низких температурах (до +5°С приблизительно).

Небольшое количество растворителя, содержащегося в остаточном вяжущем, быстро испаряется, и битум приобретает свои первоначальные характеристики, что устраняет любую опасность выпотевания его в теплый период.

Применение растворителей полностью исключает явление облысения, позволяет до минимума снизить выброс щебня из слоя поверхностной обработки на обочину.

Если укладка покрытия происходит в условиях сильной жары, необходимо использовать битум как можно более высокой вязкости. В это время основания дорог, как правило, недостаточно прочны, за исключением оснований из высоко-щебенистых материалов. Мелкозернистый материал для поверхностной обработки имеет тенденцию погружаться в покрытие под воздействием колес большегрузных автомобилей, если его движение не остановлено жестким основанием или заторможено летом использованием вяжущего из вязких битумов. Поэтому в зависимости от сезона, выбор вязкости вяжущего, вводимого в состав эмульсии, является результатом компромисса между условиями укладки и экстремально-встречающимися температурами.

Стабильность при складировании

Стабильность при хранении катионных эмульсий повышенной концентрации, высокой вязкости лучше, чем стабильность менее концентрированных эмульсий.

Катионные эмульсии для поверхностной обработки могут легко храниться порядка семи дней, и, при необходимости иметь более длительное хранение. Даже для эмульсий с очень быстрым распадом защита битумных мицелл эмульгатором достаточна, чтобы предотвратить любую коалесценцию в течение периода такого хранения.

Сопротивление отрыву

Катионные эмульсии прилипают к любому чистому щебню, какой бы ни была его структура. Щебень не должен быть обработан вяжущим (чернен). Тем не менее, прилипание зависит от определенного количества параметров, и, в особенности, от химических свойств эмульгатора, введения модификаторов, а также, от рН эмульсии.

Было установлено, что значение низкого рН (сильная кислотность) обеспечивает менее хорошее прилипание, чем рН близкий к З или 4; однако при более низком рН стабильность эмульсии повышается, а обработка материалов вяжущим облегчается. В технологиях стабилизации было решено применять эмульсии с низким рН.

В технологии поверхностных обработок искомым является, безусловно, не высокая стабильность эмульсии, а, прежде всего, хорошее сопротивление отрыву и быстрая скорость распада. Тенденция, таким образом, состоит во введении модификаторов, для противодействия неблагоприятному воздействию низкого рН.

Рецептуры поверхностных обработок

Разработка рецептуры необходима для оптимизации характеристик структуры покрытия, природы и гранулометрических свойств минерального материала, свойств вяжущего, а также их соответствующих дозировок.

Она определяется по следующим параметрам:

• Физическими характеристиками оснований — структурой (старого покрытия — асфальтобетона), качеством его составляющих (тип заполнителя и вяжущего), состоянием поверхности (жесткость, однородность, растрескивание) и геометрией дороги (её продольный и поперечный профили);
• Характеристиками требований по нагрузке на дорогу — движением (количество автомобилей в день, процентное соотношение тяжелых грузовиков, разрешенная скорость), и условиям эксплуатации (зимнее содержание, движение в более, чем 2 ряда);
• Условиями окружающей среды — климатический регион, растительность, урбанизация, атмосферные условия во время устройства поверхностной обработки;

Выбор структуры

Различают несколько структур поверхностных обработок:

• Однослойное покрытие;
• Однослойное покрытие с двойным слоем щебня;
• Двухслойное покрытие;
• Покрытие «бутерброд», или ЩВЩ (щебень-вяжущее-щебень).

Структура выбирается, главным образом, в зависимости от вида нагрузок и состояния основания.

Однослойная структура является наиболее распространенной. Чаще всего она устраивается из материала фракции 5/10.

Когда движение интенсивное и/или основание неоднородное, предпочтительно уложить двухслойное покрытие, оно обеспечит лучшую герметичность старой дороги, будут лучше распределены деформации. Можно также придать, с некоторыми предосторожностями, легкое перепрофилирование.

Интересный компромисс, особенно распространенный в наше время - однослойная структура с двойным распределением щебня (раскленцовка), которая особенно хорошо приспособлена для дорог с интенсивными и тяжелыми нагрузками, при условии, что она уложена на хорошее «жесткое» основание.

Наконец, покрытие «бутерброд», может быть сравнимо с однослойным - с двойной россыпью покрытием. Оно применяется для дорог второстепенного, местного значения.

Минеральный материал

Свойства минеральных материалов

Они обуславливаются экономическими и техническими соображениями.

С технической точки зрения необходимо иметь каменный материал, качество которого соответствует спецификациям, перечисленным выше, а стоимость, зависящая, главным образом, от расстояния транспортирования, заставит выбрать минеральный материал тот, который расположен зачастую как можно ближе к стройке.

На строительных площадках, где поверхностные обработки устраиваются на немагистральной сети автомобильных дорог, применяются местные материалы, несоответствующие по качеству требованиям официальных спецификаций. В этих случаях всегда следует помнить, что любое нарушение технологии по отношению к качеству материала, и, в частности, к их чистоте и их форме, приводит к риску поражения в этой деликатной технологии.

Выбор гранулометрического состава

Для выбора должны быть приняты во внимание различные параметры:

• Получение хорошей шероховатости;
• Эксплуатационные качества (шумность, комфорт вождения);
• Предусмотренный тип структуры покрытия;
• Условия окружающей среды.

Наиболее применимая фракция — 5/10, но более сильная шероховатость может быть достигнута с фракцией 10/15. В однослойном покрытии с двойным слоем щебня 10/15 будет хорошо сопряжена с 2/5, разница в зернистости будет, по опыту, такой, которая приведет к лучшему результату.

Если зернистость 10/15 дает преимущества в отношение более высокой шероховатости, в то же время она повышает риск продавливания щебня в мягкое покрытие в силу концентрации усилий, вызванных транспортом, на более ограниченное количество «верхушек» щебня.

Из двух возможных фракций следует выбрать такую, которая представляет наименьшее неудобство в конкретной ситуации.

В местах с повышенной эксплуатацией шум будет гораздо сильнее с заполнителем который имеет повышенную зернистость. В этом случае лучше применить фракцию 5/10, или даже 2/5, чтобы обеспечить более тонкое покрытие, если же необходимо двойное распределение щебня, то лучше применить сочетание фракций 5/10-2/5.

В случае с двухслойными покрытиями разница в зернистости между двумя слоями так же желательна, как и для однослойного покрытия с двумя слоями щебня; она позволяет получить лучшую укладку «мозаики» второго слоя.

Дозирование щебня и эмульсии

Практическое дозирование минерального материала и теория

Теоретические дозирование щебня

В случае с однослойными покрытиями идеально будет получить единообразный моногранулированный слой.

Многочисленные разработчики пытались определить идеальное дозирование, исходя из заполнителя теоретической формы: либо правильной геометрической — сферы, куба или тетраэдра, либо пытаясь воспроизвести наблюдения на строительной площадке. В действительности, заполнители, входящие в одну фракцию, различны, и, обычно имеется тенденция принимать во внимание понятие среднего размера:

Как и для других типов поверхностных обработок, для однослойных покрытий, в большинстве случаев необходимо заранее определить укрывающую способность минерального материала принятого гранулометрического состава.

Однослойное покрытие

Дозирования, применяемые для моногранулированных слоев, могут быть:

от 6 до 7 л/м² для 2/5
от 8 до 9 л/м² для 5/10
от 11 до 13 л/м² для 10/15

Слабый выброс щебня при открытии движения — неизбежен.

Следует избегать попыток увеличить эти дозировки с целью добиться безупречной мозаики. Результат передозировки минерального материала приводит не к ускорению формирования однородной «мозаики», а к разрушению формирующегося моно гранулированного слоя.

Однослойное покрытие с двумя слоями щебня

Целью является получение первичной сетки из крупного щебня, позволяя укрыть 1/3 площади распределенного вяжущего, а дозирование фракции мелкого размера позволяет заполнить эти «пустоты», оставляя выступающими верхушки крупного щебня.

Эти дозировки должны обеспечить эффективную мозаику с очень хорошим дренированием. Также позволит избежать прилипания автошин к вяжущему.

Обычно, эти условия соблюдаются в следующих диапазонах дозирования:

10/15-2/5 10/15 от7 до 9 л/м²
2/5 от 4 до 5 л/м²

5/10-2/5 5/10 от 5 до 7 л/м²
2/5 от 3 до 4 л/м²

Двухслойное покрытие

В соответствии с определением, эти покрытия представляют собой наложение двух слоев, применяемые дозировки для первого слоя чуть меньше, чем для однослойного покрытия. Небольшая недодозировка первого слоя не приносит проблем, а кроме того, наоборот позволяет избежать выброса, который помешал бы устройству второго слоя.

Покрытие «бутерброд»

Конечный результат сравним, обычно, с внешним видом однослойного с двумя слоями щебня покрытия, вследствие чего нужно было бы констатировать сопоставимые дозировки. В действительности этот способ устройства, состоящий из покрытия верхушек крупного щебня мелким, требует равномерного распределения мелкого щебня по всей поверхности с целью обеспечить прохождение дорожных машин без приклеивания к их шинам. Дозирование этого второго слоя будет слегка больше, чем дозирование второго слоя однослойного покрытия с двойным распределением щебня.

Дозирование эмульсии

Дозирование эмульсии под поверхностную обработку оценивается дозированием остаточного вяжущего.

Ошибочно думать, что чем толще скрепляющая щебень пленка вяжущего, тем лучше.

Но, мы знаем, что после разлива и схватывания щебня вяжущее поднимается под воздействием укатки и транспортного движения по внутренним частям пустот, образованных смежными гранями щебня. Одновременно под действием транспортного потока щебень переворачивается, дробится и продавливается в нижележащие покрытия. Следовательно, излишнее дозирование неблагоприятно отражается на качестве поверхностной обработки.

Дозирование вяжущего должно отвечать двум условиям:

• Быть достаточным, чтобы пленка вяжущего, обеспечивающая приклеивание, могла сопротивляться напряжениям, вызванным движением;
• Не заполнять полностью промежутки, чтобы не всплыть на поверхность и не вызвать явление выпотевания вяжущего над поверхностью слоя поверхностной обработки.

Теоретические рассуждения

Большинство разработчиков говорят, что процентное соотношение пустот при распределении в гранулированном слое находится в пределах 42-52%, процентное соотношение в конце укатки доводится до 30%, в конце после стабилизации посредством движения транспорта количество пустот достигает 20%.

Рассчитано, что остаточное вяжущее должно занимать 2/3 пустот мозаики. Таким образом, можно подсчитать теоретическое дозирование для конкретной фракции путем применения формул, принимая, безусловно, во внимание плотность вяжущего.

Тем не менее, на практике обычно применяется правило, называемое «1/10-я», которое состоит в применении конечного дозирования вяжущего, равного 1/10-й от дозирования щебня, измеряемого в литрах (исходя из правила среднего размера).

Однослойные покрытия
Фракция	Эмульсия, кг/м²		Щебень, литры/м²
			От 6 до 7
			От 8 до 9
			От 11,5 до 13
Однослойные покрытия с двойным слоем щебня
Фракция	Эмульсия, кг/м²		Щебень, литры/м²
10/15 --			От 8 до 9 От 4 до 5
			От 6 до 7 От 3 до 4
Двухслойные покрытия
Фракция	Эмульсия, кг/м²		Щебень, литры/м²
1-й слой 10/15 2-й слой 2/5			От 10 до 11
			От 6 до 7
Итого
1-й слой 5/10 2-й слой 2/5			От 8 до 9
			От 5 до 6
Итого

Состояние и природа основания

Основание — элемент первостепенной важности, знание или незнание состояния которого может явиться причиной неудачи или успеха.

Состояние поверхности может быть легко оценено: можно различить жирную и гладкую дорогу, дорогу плотную и шероховатую, или очень шероховатую, пористую, но эта легкость только кажущаяся, так как редко встречаются однородные дороги.

В случае с гладкими и жирными дорогами может быть применено уменьшение дозировки вяжущего порядка 10-20% или использование более крупных фракций щебня.

Измерения методом песчаного пятна может дать точное представление для характеристики состояния поверхности существующего покрытия.

Следует, также, принимать во внимание обычную пористость микрорастрескивания или жесткость основания, которые могли бы способствовать погружению щебня в слой излишне «мягкого» покрытия.

Агрессивность движения

Она характеризуется количеством тяжелых грузовых автомобилей, а, также, является функцией направления и профиля дороги, как отдельных точек маршрута, таких, как перекрестки.

Вне зоны перекрестков и виражей, где развиваются значительные тангенциальные силы, перевозки посредством тяжелых грузовиков, проходящих, обычно, по одному и тому же ряду, способствуют уплотнению мозаики, то есть, ускорению, под воздействием вибраций, вдавливания щебня в слой покрытия. Таким образом, на соответствующие ряды должна быть доведена не до дозировка вяжущего на 10-15%.

Напротив, на скоростных участках дорог с 2х2 рядами, четырехрядными, или на центральной части трех рядного шоссе, необходимо дополнительное дозирование на 10-15%.

В случае, если движение не интенсивное, хорошая фиксация щебня в вяжущем возможна только путем передозирования, которое может достигать до 20% и в этом случае практически не существует риска выпотевания.

Форма и характер щебня

Несмотря на тщательное распределениею щебня, всегда необходимо уточнить его среднюю толщину и выверить дозирование вяжущего. Разброс не может превышать 10-15%.

Происхождение, физико-химический характер щебня должны также приниматься во внимание, но только сложившийся опыт является элементом оценки. Обычно можно констатировать, что щебень, получаемый из осадочных пород, требует передозировки на 5% по отношению к щебню той же фракции из скальных массивов.

Совмещение поправок

Совмещение различных коррекций в дозировании, производимых в зависимости от разнообразных параметровожет привести к значительному отклонению от среднего дозирования.

Трудно рассчитать допустимые ограничения: в действительности, опыт показал, что отклонение в +30% обычно позволяет провести правильную обработку, особенно автомобильных дорог с незначительным движением, с другой стороны при высоком уровне загрузки полосы недодозировка не должна превышать значения в 20%.

Укладка и предварительные работы

Чистка дороги

Для обеспечения хорошего прилегания покрытия к основанию необходимо подметание. Покрытие не будет держаться благодаря только собственному весу или силе сцепления своих собственных элементов. Необходимо, чтобы слой пыли не играл роль талька между основанием и покрытием.

На дорогах, уже покрытых углеводородным материалом необходимо производить под метание с целью очистить их от грязи и посторонних тел и, особенно, чтобы освободить кромки от пыли, которая всегда на них собирается. Если покрываемая поверхность состоит из гравийно-песчаной смеси или обработана гидравлическим вяжущим, или представляет собой щебеночное покрытие макадам, следует очистить поверхность — без ее разрушения — чтобы позволить вяжущему сформировать точки сцепления с крупными элементами.

Операции по подметанию должны осуществляться достаточно рано, чтобы не замедлять ритм бригады, и достаточно поздно, чтобы предотвратить любое новое возникновение загрязнения перед разливом вяжущего.

Распределение эмульсии

Распределение должно осуществляться таким образом, чтобы дозирование было равно установленному значению, чтобы продольное и поперечное распределение было равномерным и чтобы отдельные точки (стыки, выемки) не представляли собой слабых мест в законченной работе.

Соблюдение установленного дозирования

В зависимости от выбранной эмульсии и от ширины используемой рампы водитель определяет, с помощью элементов регулировки гудронатора (номограммы, вычислительного компьютера), необходимое соотношение между скоростью передвижения и количеством оборотов насоса, который определяет дозирование вяжущего на покрытие. Во время осуществления распределения соотношение между скоростью автомобиля и количеством оборотов насоса поддерживается постоянным, путем либо автоматического слежения, либо непосредственного считывания шофером показаний тахометра и счетчика оборотов.

Укладка, описанная выше, возможна и надежна только если применяемая техника находится в состоянии, соответствующем нормам допуска конструктора и поддерживается в состоянии большой чистоты. В действительности, любая загрязненность, будь то на доставляющих машинах, либо имеющая место в цикле производства эмульсии, или любые изменения технических характеристик эмульсии, приводят к изменениям количества жидкости в системе, что делает дозирование ненадежным.

Равномерное продольное распределение

Качество продольного распределения вяжущего является функцией строгого соблюдения бригадой разлива определенных выше параметров для укладки, принимая во внимание непредвиденные изменения в рабочей ширине.

Равномерное поперечное распределение

Бригада разлива должна соблюдать предписанную высоту рампы для каждого типа рампы, и определенные регулировки в зависимости от количества используемых диффузоров. Кроме того, рампа должна поддерживаться, насколько это возможно, параллельно поперечному профилю дороги. Плохое положение рампы по высоте приводит к «вычесыванию» вяжущего, что будет способствовать вырыванию щебня из бороздок, обедненных вяжущим.

Пример регулировки кистеобразных диффузоров:

Кистеобразная струя из форсунки имеет угол 40°, диффузоры расположены один от другого на расстоянии 12,5 см, хорошая равномерность распределения достигается путем наклона всех диффузоров в одном направлении на 15° по отношению к вертикальной плоскости рампы, и фиксируя уровень последней на высоте 25 см от обрабатываемого покрытия.

Тщательная обработка

В начале каждого цикла работ на строительной площадке желательно иметь, с начала покрываемой длины, бумажную ленту; эта лента примет вяжущее, на нескольких дециметрах, пока гудронатор не наберет свою равномерную скорость. Таким образом, по- перечные стыки будут чистыми и аккуратными, без передозировки и недодозировки в отдельных частях. Эта технология может распространяться и на зону остановки автогудронатора по окончании операции.

На стыке двух прилегающих полос распределяемой эмульсии (продольный шов) наложение должно быть точно определено и осуществляться с предосторожностями с целью строгого соблюдения определенного дозирования. Это наложение необходимо для предотвращения недодозировки, так как крайние форсунки рампы не перекрывают своими струями друг друга, как форсунки центральной части секции.

Во время устройства многослойных покрытий следует сдвигать продольные и поперечные стыки каждого слоя.

Эмульсия, будучи продуктом очень сильного сцепления, требует, чтобы были защищены заглушки контрольных смотровых колодцев, люков с ключами и другого вспомогательного оборудования на дороге, чтобы они остались легко открывающимися после устройства покрытия.

Распределение щебня

Как и эмульсия, щебень должен распределяться в соответствии с заданной дозировкой, с наиболее возможной равномерностью, как в поперечном, так и в продольном направлениях. Так, наилучшая точность достигается, применяя твердые и гранулированные материалы.

Чтобы добиться точности дозирования, предписанной гранулометрическим составом в соответствии с рецептурой, бригада, распределяющая щебень, должна соблюдать следующие правила:

Хорошее состояние и надежность техники гарантируют равномерность поперечного и продольного дозирования. Также, состояние техники должно систематически проверяться, принимая во внимание, что прохождение щебня вызывает быстрый износ в области заслонок, шлюзных затворов и дозирующего вальца (ячейкового дозатора).

Приспосабливать регулировки к конкретному типу щебня, предписанному документацией конкретного объекта. Поскольку даже внутри заданного размера щебня, соотношения размеров имеют колебания.

Строго следовать правилам укладки

Распределять щебень следует как можно раньше после разлива вяжущего. Щебнераспределитель должен следовать за гудронатором не позже, чем через 20-40 секунд. Этот срок должен соблюдаться тем неукоснительнее, чем быстрее происходит распад эмульсии, или, если эмульсия была разлита на деформированное шоссе и, поэтому, может стекать в низкие точки.

Все поверхности, покрытые вяжущим, должны быть обработаны щебнем. Особое внимание должно быть придано стыкам: не схватившийся во время обработки первой полосы щебень должен сметаться перед покрытием стыка эмульсией второй полосы.

Необходимо, чтобы ответственный за распределение щебня был способен оценить своими глазами качество и плотность распределенных материалов.

Выказав необходимость покрыть как можно раньше эмульсию щебнем, можно понять значение процесса щебнераспределения и скорость укладки заполнителя, которое обеспечивает производительность и дневную выработку на строительной площадке.

Уплотнение покрытия

Уплотнение поверхностной обработки обеспечивает укладку заполнителя и его закрепление на покрытии посредством пленки вяжущего. Пневматические шинные уплотнители великолепно обеспечивают эти функции. Они приспосабливаются к неровностям дороги и не разрушают щебень. Искомый эффект полностью достигается при давлении пневмошин от семи до восьми бар для нагрузки от двух до двух с половиной тонн на колесо посредством трех-пяти проходов на скорости, установленной в три километра/час для первых, и десять километров/час для последних.

Покрытые дороги, на которых возобновилось движение сразу после работ, обеспечиваются полным уплотнением. Тем не менее, в течение небольшого времени, оно должно осуществляться на ограниченной скорости. В случае с однослойным покрытием с двойным слоем щебня уплотнение должно проводиться также после распределения первого слоя заполнителя.

В случае с многослойным покрытием предпочтительно не уплотнять первый слой перед укладкой последующих. В действительности, слишком тщательное устройство первого слоя может помешать удовлетворительному сцеплению последующих слоев. Уплотнение многослойного покрытия должно осуществляться после полной укладки последнего. Эта полная укладка должна быть достаточно быстрой, чтобы уплотнение было проведено перед началом распада эмульсии.

Подбор выброшенного щебня

Выброс определяется, с одной стороны, катающимся заполнителем, который плохо схватился, или не схватился и, с другой стороны, мелкозернистым материалом, вырванным или выброшенным при открытии движения.

Есть смысл подобрать как можно раньше этот выброшенный щебень, поскольку, кроме того, что он может представлять опасность для участников движения, он может помешать формированию мозаики и препятствовать нормальному стоку вод, закупорив отвод сточных вод.

Как следствие, с момента появления выброса на кромке дороги и по оси рядов, выброс подметается, всасывается и удаляется.

Контрольные мероприятии

Предварительный контроль техники

Контрольные меры распространяются, главным образом, на равномерность распределения в продольном направлении в поперечном направлении, а также на соблюдение дозирований гудронаторов вяжущего и щебнераспределителей.

Распределители вяжущего должны быт проверены на испытательном стенде.

Дефекты и отклонения

Разрушение за короткие сроки

Распространенное вырывание щебня

Распространенное выкрашивание

Немедленный выброс анормально высок и постоянен.

Вяжущее не схватывает заполнитель. Разрушение распространяется на все покрытие.

Возможные причины:

Погрешность в технологии

• Условия применения находятся выше разумного предела использования поверхностных покрытий (слишком интенсивные горизонтальные нагрузки).

Погрешности рецептуры

• Вяжущее не приспособлено к условиям движения;
• Дозирование вяжущего не подходит к месторасположению, к действительным геометрическим характеристикам заполнителя, к состоянию поверхности основания и к условиям движения;
• Недостаточная общая механическая адгезия на границе вяжущее-щебень;
• Очень хрупкая структура для условий движения.

Ошибки в снабжении

• Составляющие, не отвечающие характеристикам, предусмотренным формулой (свойства, размер, форма, чистота заполнителей).

Ошибки в укладке

• Техника и используемые средства не соответствуют свойствам составляющих или темпам на строительной площадке;
• Ошибка загрузки, приводящая к применению вяжущего или заполнителей вместо тех, которые должны были быть уложены (например, черненый щебень).

Недостатки осуществления работ

• Температура окружающей среды очень низкая, не позволяющая реализацию работ;
• Дорожное покрытие слишком влажное или слишком холодное;
• Неверное распределенное количество (недодозировка вяжущего, чрезмерное распределение щебня);
• Стекание вяжущего к кромке (эмульсия с медленным распадом);
• Позднее распределение щебня, осуществленное после распада эмульсии;
• Недостаточное уплотнение;
• Преждевременное возобновление движения
• Атмосферные осадки, появляющиеся до того, как организован объездной путь для предохранения свежепокрытого участка.

Ограниченное выкрашивание заполнителя

Отделение элементов мелкозернистого материала одного от другого происходит «пятнами» в более-менее значительных зонах.

Возможные причины:

Недостатки в подготовке покрытия

• Отдельные недодозировки вяжущего вследствие плохого поверхностного геометрического состояния, создавшегося из-за стекания в соседние зоны;
• Впитывание вяжущего покрытием вследствие ремонтных работ, на которых использовались открытые асфальтобетоны.

Недостатки проведения работ

• Неоднородность заполнителя по качеству, зернистости или чистоте (загрязненные склады, что приводит к загрузке земляных комков);
• Не укрытые участки поверхности.

Вычесывание

Отделение элементов мелкозернистого материала одного от другого происходит параллельными бороздками на краю дороги.

Возможные причины:

• Плохое распределение вяжущего на дороге из-за поврежденности распределительной рампы (забитые сопла форсунок, плохая регулировка распределения струй на грунт).

Отклеивание покрытия от основания

Облысение

Большинство щебня поверхностной обработки отделяется от покрытия пятнами более-менее значительной величины.

Возможные причины:

• Недостаточно вычищенное основание, ил и загрязненное во время разлива эмульсии;
• Следы не заполненного щебнем вяжущего на дороге, прилипающие к пневматическим шинам, что вызывает еще большее вырывание, особенно по следам движения.

Другие разрушения

Покрытие частично или полностью разрушено в различных зонах

Возможные причины:

• Значительные усилия, разрушающие еще хрупкую мозаику (резкое торможение, внезапное изменение направления перемещения катка);
• Загрязнения (масляные пятна).

Разрушение во времени

Выброс с первым похолоданием

После кажущейся стабилизации без проблем, покрытие начинает терять свой заполнитель систематическим образом (вькрашивание)

Такое разрушение всегда усиливается в зимний период условий эксплуатации дороги (посыпка солью) и из-за своеобразных условий движения (пневмошины с шипами). Оно соответствует периодам повышенной влажности, многочисленных переходов через ноль и холодов.

Возможные причины:

Ошибки рецептуры

• Недодозирование вяжущего;
• Слишком хрупкий при низких температурах базовый битум.

Ошибки в проведении работ

• Запоздалое распределение щебня после распада, не позволяющее получить удовлетворительное смачивание заполнителя;
• Чрезмерное распределение щебня, препятствующее формированию мозаики.

Летний выброс

Он происходит из-за сильной жары, когда вяжущее слишком размягчается под воздействием температуры.

Выпотевание

Разрушения, происходящие, в основном в теплое время, которые характеризуются появлением пятен, подтеков или полос вяжущего на поверхности вследствие, либо фактического подъема вяжущего, либо поверхностного обеднения заполнителя.

Выпотевание из-за подъема вяжущего

Ошибки рецептуры

• Теоретическое дозирование вяжущего слишком велико для зернистости или действительной формы материалов;
• Теоретическое дозирование вяжущего плохо приспособлено к характеру или к состоянию основания, уровню движения транспорта;
• Неоднородности заполнителей по качеству или зернистости;
• Плохая подготовка основания;
• Слишком насыщенное дозирование во время предыдущих работ;
• Загрязнения (масляные пятна).

Разрушение во времени

Уже упомянутые разрушения могут развиваться с некоторым опозданием, в частности, если условия движения или атмосферные условия внезапно становятся слишком неблагоприятными.

Местные передозировки вяжущего вследствие плохого геометрического состояния дороги, которое способствует накоплению вяжущего в низких точках (выбоины, колея).

Ошибки укладки

• Случайные передозировки вяжущего;
• Недодозировки щебня.

Выпотевание вследствие выброса

Любой выброс приводит к обеднению заполнителем поверхности покрытия, этому обеднению соответствует относительная передозировка вяжущего.

Псевдовыпотевание образующееся за счет вдавливания щебня в покрытие под действием транспорта.

Это разрушение развивается, главным образом, на полосах движения тяжелых грузовиков. Погружение заполнителя в покрытие производит обеднение поверхностной обработки щебнем и подъемом вяжущего на поверхность.

Ошибки технологии

• Условия применения, находящиеся вне разумных пределов использования поверхностных обработок (слишком интенсивные вертикальные нагрузки по отношению к жесткости основания).

Ошибки рецептуры

• Плохо приспособленная к интенсивности движения структура.
• Слишком мелкий размер щебня относительно жесткости покрытия и интенсивности движения.

Примечание

Вдавливание элементов заполнителя в покрытие может проявиться в очень ограниченных зонах:

• Сильное изменение продольного профиля (крутые вертикальные кривые), вызывающее значительные динамические перегрузки покрытия под действием транспортного потока;
• Ограниченные изменения характера покрытия (заделанные траншеи, расширение по кромке, различные ремонтные работы).

Облысение

Совокупность составляющих поверхностной обработки (вяжущее-щебень) отделяется от покрытия более-менее значительными пятнами.

Это явление происходит в теплое время вследствие выпотевания, когда движениетяжелого транспорта интенсивно. Избыточное вяжущее, размягченное, приклеивается кшинам автомобилей. Покрытие отрывается от основания кусками и снова приклеивается в других местах, формируя неоднородные неровности на покрытии.

Металлические шипы

Под воздействием повторяющихся ударов заполнитель может раздробиться или обнажиться. Тогда происходит усиленный износ верхнего слоя дорожного покрытия, сопровождающийся вырыванием материала (вяжущего и заполнителей).

Различные загрязнения

Различные виды загрязнения могут иметь губительные последствия для покрытий. Разрушения, которые они порождают, остаются, тем не менее, очень ограниченными по значительности.

Организационные мероприятия на месте работ по поверхностной обработке

Ямочный ремонт

Ямочный ремонт представляет собой очень распространенную технологию, цель которой ремонт верхних слоев дорожного покрытия, в отдельных местах.

Ямочный ремонт может производиться:

• С помощью битумной эмульсии и щебня гранулометрического состава;
• С помощью материалов обработанных битумной эмульсией;
• С помощью не складируемых плотных материалов, обработанных битумной эмульсией.

Автомобиль ремонтер обычно имеет теплоизолированную емкость для эмульсии, распределительное устройство для пневмонанесения (хобот, удочка с форсункой) эмульсии и щебня, и один или два бункера для разных фракций щебня.

Обычно в технологии ямочного ремонта используют две фракции более крупную 5/10, 10/15 для нижнего слоя и мелкую 2/5 для верхнего слоя. Иногда используют одну фракцию. Обычно 2/5 и 5/10.

Используемая эмульсия должна быть катионная с быстрым распадом ЭБК-1, с содержанием битума 60-65%. Температура эмульсии при работе от +30ºС до +60ºС.

Дозировка эмульсии рассчитывается по отношению к каменному материалу 4-5% эмульсии.

Рецептура эмульсии для ямочного ремонта:

1. Битум БНД 60/90 или 90/130 — 60-65%
2. Атгезионная добавка () — 0,05-0,15% — расход в зависимости от типа каменного материала.
3. Керосин — 0,9-3% — чем ниже температура воздуха тем больше желательно вводить керосина: обычно до +10ºС — это 3%, чем выше тем меньше дозировка.
4. Латекс (Butonal NS198) — до 2% — желательно вводить при использовании эмульсии на нагруженных участках дорог.
5. Эмульгатор () — 0,25-0,35%
6. Кислота соляная — до рН 2,5 ± 0,3
7. Вода до 100%.

Это классический рецепт, для ямочного ремонта, для любого типа машин ямочного ремонта. Содержание битума корректируется по получаемой вязкости эмульсии и определяется удобством работы (чрезмерное разбрызгивание). Содержание адгезионной присадки определяется по адгезии к используемому каменному материалу.

Использование латекса преимущественно на нагруженных дорогах с высокой интенсивностью движения, на перекрестках.

Керосин дозируют в холодное время года для лучшего приживления.

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