Лекция 2. Новые технологии в производстве дорожно-строительных материалов в республике Башкортостан

Лекция 1. Новые технологии при выполнении дорожно-строительных работ в республике Башкортостан

Для эффективного и качественного выполнения работ по поверхностной обработки на дорогах республики Башкортостан предприятие эксплуатирует три установки с синхронным распределением битума и щебня фирмы «Шафер» производства Германии, в том числе, две RZS 14000 (рис. ) с шириной укладываемой полосы 3,5м и одна установка ROAD-MASTER 4500 с шириной укладываемой полосы 4,5м. Ремонтные машины фирмы «Шафер» представляют собой комбинированную дорожную машину. На специальном шасси седельного полуприцепа установлены обогреваемая емкость для 12 т битума, бункер для щебня с устройством для загрузки из самосвала. Точность дозирования битума играет решающую роль в создании качественного шероховатого покрытия и обеспечивается современной системой электронного управления, которое регулирует давление вяжущего в разливной балке в зависимости от скорости движения. Загрузочное устройство для щебня и насос для битума не требуют дополнительной техники и устройств для загрузки материалов, что обеспечивает высокую производительность машины – до 35 000м² в смену. Кроме того машина удобна в работе тем, тем что позволяет вести обработку отдельными полосами. В 2011 году по данной технологии отремонтировано более 200 км дорог.

Для придания асфальтобетонной смеси однородности как по температуре, так и зерновому составу, зарубежными фирмами выпускаются машины-перегрузчики. Например, компанией Roadtec (США) выпускается машина «Шаттл-Багги» (рисунок 4.1).

Рисунок 1 - Конструктивная схема машины «Шаттл-Багги»:

Автосамосвал выгружает смесь в приемный ковш 1, в котором установлены два шнека для ее повторного перемешивания. Оригинальность шнека состоит в трижды увеличивающемся к оси ковша шага его лопастей, что позволяет единовременно захватывать и перемешивать смесь с различной температурой и зерновым составом из шести точек. Из накопительного бункера 3 смесь без контакта с асфальтоукладчиком равномерно перегружается в его бункер.

Бесконтактная и равномерная загрузка асфальтоукладчика позволяет ему двигаться без остановок и с большой скоростью, т.к. у него отпадает необходимость останавливаться или толкать груженые автосамосвалы.

Применение перегрузчика Шаттл-Багги в составе отряда по строительству асфальтобетонных покрытий позволяет:

• укладывать однородную по температуре и зерновому составу смесь, что способствует обеспечению высокой ровности и долговечности покрытия с сокращением эксплуатационных расходов на него;

• увеличить производительность укладки смеси и сократить количество автосамосвалов для ее доставки.

Лекция 2. Новые технологии в производстве дорожно-строительных материалов в республике Башкортостан

Для устранения выбоин на дороге практически в любое время года с 2006 г. используют холодный асфальт, приготовленный по канадской технологии, укладывать который можно при минусовой температуре. В 2010 г. совместно с научно-производственной фирмой «Клариса» разработана рецептура вяжущего на основе полимерной добавки. Высокое качество холодного асфальта с применением нового вяжущего было успешно подтверждено в результате опытного применения в сезоне 2010г. Особенностью этой добавки также является возможность, позволяющая при производстве холодного асфальта применять щебень собственного производства с карьера «Мурсалимкино». В 2011 году было изготовлено уже около 4000т холодного асфальта с применением нового вяжущего.

С 2010 года в ОАО «Башкиравтодор» на УОЗ «Ремстройдормаш» начато производство битумных эмульсий. Для этого установлен современный завод по производству катионных эмульсий марок ЭБК-1, ЭБК-2 с производительностью до 10 т/ч. Выпускаемая эмульсия применяется для выполнения подгрунтовки, а также ямочного ремонта по струйно-инъекционной технологии (рис). Для пробного применения этой технологии в 2010 г. приобретена установка российско-польского производства «MADPATCHER», а в 2011 г. закуплена партия из 10 установок. которые по заказу были выполнены в быстромонтируемом варианте с установкой в кузов самосвала в целях более рационального использования техники. Данный метод ремонта выбоин и трещин является наиболее производительным за счет простоты технологического процесса, при которой подготовка выбоины к ремонту сводится фактически только к тщательной ее отчистке от пыли, мусора и влаги путем продувки высокоскоростной струей воздуха и к обработке поверхности выбоины битумной эмульсией. Операция обрезки, разлома или фрезерования асфальтобетона вокруг выбоины в этой технологии не производиться. Заделанная выбоина не требует уплотнения. Эффективность данной технологии была успешно подтверждена в этом сезоне филиалами ОАО «Башкиравтодор» при проведении ремонтных работ.

Стабилизация грунта – искусственный метод улучшения строительных свойств грунта посредством смешивания его с вяжущи веществом – стабилизатором. Он относится к третьей группе методов, которые основаны на физико-химическом воздействии на грунт. После разрыхления, обработки и уплотнения слой грунта приобретает большую плотность, водонепроницаемость. морозоустойчивость. Данная технология строительства дорог с использованием химических добавок в жидком виде наиболее эффективна в глинистых грунтах.

В дорожном строительстве этот метод получил широкое распространение в 80-х годах XX столетия в Америке, а в последствии стал применяться в Европе. Эффективность метода при строительстве автомобильных дорог проявляется в следующих условиях: когда необходимо быстрое возведение грунтовых дорог; экономически нецелесообразно строительство дорог с асфальтовым покрытием; в районе строительства отсутствуют традиционные материалы для основания дорожной одежды; а также тяжелых инженерно-геологических условиях и при реконструкции.

В 2011 году по инициативе Государственного комитета Республики Башкортостан по транспорту и дорожному хозяйству в Бураевском районе ремонт а/д Кашкалево-Новотазларово был проведен с применением технологий стабилизации грунта. На участке протяженностью 5 км по четырем различным технологиям было сделано пять опытных участков.

Первый участок протяженностью 3 км устроен с использованием двухкомпонентного полифилизатора «Консолид+Солидрай». Второй участок протяженностью 500м построен с использованием стабилизатора RP производства компании «Шторм» (Нидерланды). Третий участок протяженностью 250м устроен со стабилизирующей добавкой RP с добавлением извести и цемента. Добавление извести повысило водоустойчивость, а цемент позволил сформировать сплошную жесткую структуру обработанного слоя грунта. Четвертый участок протяженностью 750 м был обработан дорожным цементом ДЦ-1.Пятый участок – 500м. Применялся стабилизатор «Альфасоил» немецких разработчиков с добавлением фракционного щебня.

Технология выполнения работ по строительству опытных участков выполнялась по следующей схеме:

- планировка дороги;

-рыхление верхнего слоя грунта или завоз нового;

- смешивание со стабилизатором;

- уплотнение;

- окончательно профилирование;

- розлив битумной эмульсии, укладка и уплотнение асфальтобетонной смеси.

За построенными участками ведется наблюдение.

В сентябре 2011 г. в Бирском районе при проведении ремонта а/д Уфа-Бирск-Янаул была применена технология модификации асфальтобетона специальной полиакрилонитрильной (ПАН) фиброй марки «FibARM Fiber WB». За устроенным участком ведется наблюдение.

Для приготовления модифицированных битумов в состав битума вводят полимерный модификатор, который загущает битум, повышая температуру размягчения, улучшает его низкотемпературные характеристики, придает ему повышенную эластичность, переводя такой битум из класса термопласта в класс термоэластопластов. Показатель качества битума – глубина проникания достаточно легко регулируется за счет введения в состав композиции пластификатора. Поэтому битум, модифицированный полимером с добавлением пластификатора, имеет обычные, привычные уже пределы пенетрации для каждой отдельной марки, обладая при этом повышенной термостойкостью, пониженной температурой хрупкости и высокой эластичностью, за счет которой приобретает способность при растяжении на определенную величину после снятия нагрузки возвращаться в исходное состояние.

Модификация битума полимером возможна лишь при условии его полной растворимости в битуме, при совместимости двух разнородных продуктов. Но даже при выполнении этого условия опять же далеко не каждый полимер при растворении в битуме позволяет достичь желаемого результата. Так, полимеры относящиеся к классу термопластов, позволяют при модификации ими битума получать композиции с повышенными морозо-и атмосферостойкостью. К таким полимерам следует отнести:

- атактический полипропилен;

- каучуки.

Однако модифицированный перечисленными полимерами битум не обладает требуемой эластичностью и применение его в дорожном строительстве, хотя и предпочтительнее, чем применение обычного битума, но все же недостаточно эффективно. Тем не менее, модификация битумов термопластами имеет свои преимущества. Например, битум, модифицированный ЭВА, придает асфальтобетонной смеси на его основе такие свойства, как повышенная удобоукладываемость и лучшая уплотняемость, которая может сохраняться до температуры 90 ⁰С, вследствие чего асфальтобетон приобретает повышенную водостойкость. А это обстоятельство немаловажно, если учесть, что вода – это «враг» дороги №1.

Последний период времени (порядка 10-15 лет) характеризуется широким использованием в качестве полимерных модификаторов для дорожных битумов термоэластопластов. Это сравнительно новые материалы, сочетающие такие свойства, как высокие прочность и эластичность. Термоэластопласты сохраняют способность к высокоэластическим деформациям в диапазоне температур от -80 ⁰С до +80 ⁰С. Такие термоэластопласты (ТЭП) представляют собой блок-сополимеры бутадиена и стирола (СБС). Наибольшей эффективностью и технологичностью обладают полимеры, содержащие 30 % стирольных групп при молекулярной массе порядка 10 ⁵. Термостабильность таких материалов сравнительно невелика: 190-200 ⁰С, однако для решения задачи эффективной модификации дорожного битума, которую осуществляют, как правило, при 140-160 ⁰С, вполне достаточна.

Примерами таких термопластичных материалов являются «Кратон D 1101», «Кратон D 1184», «Кратон D 1186» и др., вырабатываемые фирмой «Шелл», «Финапрен 502» или «Финапрен 411» фирмы «Петрофина», Европрен Сол Т 161 фирмы «Эникем», «Калпрен 411» фирмы «Репсол». Существуют еще целый ряд стран и фирм, на которых производятся полимеры данного класса, так что рынок ТЭП достаточно насыщен. В нашей стране Воронежским заводом СК вырабатываются дивинилстирольные термоэластопласты (ДСТ) ДСТ-30-01 по ТУ 38.103267-80 и ДСТ-30Р-01 по ТУ 38

При этом нужно учитывать, если битумы модифицируются полимерами типа СБС или любыми другими, содержащими в своей структуре стирольные группы, то для пластификации следует использовать продукты с повышенным содержанием ароматических соединений. Только при этом условии может быть достигнута желаемая стабильность ПБВ и в наибольшей степени будет реализован потенциал качества модифицированного битума и асфальтобетона на его основе. Да и сам процесс приготовления такого ПБВ уже будет происходить в более мягких условиях, не требующих значительных энергозатрат и применения сложных, дорогостоящих аппаратов типа коллоидных мельниц.

Если битум подвергнуть модификации полимерами линейного строения (низкомолекулярный полиэтилен, дивинильный каучук СКД и пр.), то пластифицировать такие системы можно и следует как раз индустриальными маслами. Эти положения неоднократно проверены на практике.

В качестве основной можно принять рецептуру ПБВ, в состав которого входит полимер типа СБС в количестве 3,5% и ароматический пластификатор в количестве 6%. Однако, с учетом особенностей эксплуатации дорожных покрытий, построенных в различных дорожно-климатических зонах (ДКЗ), состав ПБВ может быть изменен. В любом случае должна быть поставлена конкретная цель модификации дорожного битума: какие характеристики и в каком диапазоне должны быть изменены, т.е. модификация битума должна быть целенаправленна.

В ЩМА основную структуру составляет крупный щебень, а мелкий служит только для создания «мастики», заполняющей пустое межзёрновое пространство в щебеночном скелете.

Мастика состоит из битума, песка, минерального порошка, стабилизирующей добавки.

Мастика в которой битум находится в свободном состоянии (содержание битумного вяжущего составляет от 6,3 до 7,0 %) в свободном состоянии придаётматериалу устойчивость к воздействию природно-климатических факторов. Высокое содержание битума в ЩМА – смеси требует применения битумоносителей волокон или гранул - стабилизирующей добавки, чтобы исключить стекание битума во время транспортировки и укладки смеси. В качестве стабилизирующей добавки применяют целлюлозное волокно или специальные гранулы на его основе, которые должны соответствовать требованиям технической документации предприятия-изготовителя.

С объемной точки зрения структура ЩМА очень похожа на структуру пористого асфальта, которая также образовывается крупным каменным материалом, но в пористом асфальте пространство между каменным материалом заполняется только на 80% от объема, в то время как в ЩМА объем незаполненного пространства составляет не более 3-6%.

Исходя из концепции ЩМА, контакт между отдельными частицами каменного материала должен отвечать специфическим требованиям, а именно: для получения стабильной структуры должны быть особые требования к внешнему виду каменного материала. Он должен быть обязательно дроблёный и желательно кубовидной формы.

Основными критериями при выборе типа асфальта для верхнего слоя дорожной поверхности являются следующие функциональные характеристики применяемых материалов с учетом себестоимости укладки:

- коэффициент сцепления;

- устойчивость к колеобразованию;

- уровень шума;

- долговечность;

- обзорность.

Щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси (далее — смеси) и щебеночно-мастичный асфальтобетон (далее — асфальтобетон) в зависимости от крупности применяемого щебня подразделяют на виды:

ЩМА-20 — с наибольшим размером зерен до 20 мм;

ЩМА-15 — » » » » » 15 мм;

ЩМА-10 — » » » » » 10 мм.

Производится ЩМА на стандартном оборудовании для получения горячих асфальтобетонных смесей, но тем не менее производство и укладка имеют свои специфические особенности.

Прежде всего это касается контроля качества подаваемого в миксер каменного материала, т.к. для получения ЩМА особенно важно выдержать его гранометрическую пропорцию. Как уже было сказано выше, ЩМА представляет собой скелетную структуру из крупного каменного материала с заполнением межкаменного пространства материалом среднего размера и битумной мастикой. Увеличение количества частиц каменного материала среднего размера приводит к тому, что не создается замкнутая скелетная структура, т.к. они заполняют межкаменное пространство и "раздвигают" крупные частицы, выводя их из контакта друг с другом. И наоборот, уменьшение их количества приводит к возникновению излишков незаполненных пустот. Похожая ситуация складывается и с количеством применяемой битумной мастики.

ЩМА очень чувствителен к перенасыщению мастикой, т.к. при этом падает грузонесущая способность покрытия из-за того, что дорожная нагрузка начинает действовать и передаваться на основание не через каменный материал, а через мастику. А так как немодифицированный битум имеет низкое сопротивление деформациям, то вся структура каменного материала "проседает", что приводит к преждевременному колеобразованию.

Как уже было сказано, ЩМА имеет высокий процент содержания битума (до 7,5%). При этом должна была бы существовать большая вероятность его "вытекания" из смеси после производства как в процессе транспортировки, так и во время укладки. Но для того, чтобы стабилизировать битум, в смеси в процессе производства применяют специальную стабилизационную добавку VIATOP 66.

Данная добавка представляет собой спрессованные и пропитанные битумом натуральные волокна целлюлозы. Количество добавляемого в смесь стабилизатора VIATOP 66 составляет до 0,45% от объема смеси, т.е. на изготовление 1 тонны смеси ЩМА требуется до 4,5 кг стабилизатора