9.2.4.1 Технология устройства поверхностной обработки включает:
–подготовительные работы;
–устройство поверхностной обработки;
–уход за устроенной поверхностной обработкой;
–контроль качества сформированных слоев поверхностной обработки.
9.2.4.2 До начала работ по устройству поверхностной обработки необходимо:
–назначить конструкцию поверхностной обработки и определить требуемую фракцию щебня и норму его расхода в соответствии таблицами 9.1 и 9.2;
–установить вид, марку и норму расхода органического вяжущего для основного розлива в соответствии с таблицами 9.2 и 9.3;
–выполнить контроль качества применяемых материалов и предварительный контроль дозировки и равномерности распределения материалов;
–назначить (при необходимости) по результатам лабораторных испытаний технологию введения целевых добавок;
–произвести ремонт покрытия (при необходимости) с целью устранения имеющихся повреждений и деформаций (выбоин, просадок, наплывов, трещин и др.), устранить неровности покрытия фрезерованием или укладкой выравнивающего слоя. При выполнении работ по ремонту покрытия с использованием горячих асфальтобетонных смесей по СТБ 1033 поверхностную обработку устраивают сразу после окончания работ; при использовании холодных асфальтобетонных смесей – не ранее чем через 12 суток. В течение календарного года перед устройством поверхностной обработки не допускается выполнение ремонтных работ с использованием битумоминеральных горячих литых смесей по СТБ 1257.
9.2.4.3 При наличии поперечной неровности покрытия в виде колеи глубиной до 20 мм производят ремонт колеи способом поверхностной обработки. Технология ремонта колеи включает следующие операции:
–очистку ремонтируемой поверхности покрытия от пыли и грязи;
–распределение вяжущего и щебня по колее;
–уплотнение уложенного слоя;
–сметание незакрепившегося щебня.
Размер фракции щебня должен соответствовать глубине колеи, нормы расхода материалов назначают в соответствии с таблицами 9.2 и 9.3. При использовании битумной эмульсии ремонт колеи производят машинами с синхронным распределением материалов.
Устройство поверхностной обработки по всему покрытию производят не ранее чем через сутки после окончания ремонтных работ по устранению колеи.
9.2.4.4 Обработку щебня вяжущим производят в асфальтобетонных смесителях циклического или непрерывного действия. Количество вяжущего – 0,5 % по массе щебня, температура щебня и вяжущего в смесителе – 140 о С. Продолжительность перемешивания щебня с вяжущим – не менее 120 секунд.
9.2.4.5 Обработку щебня вяжущим допускается производить на специально подготовленных площадках с твердым покрытием, исключающих пылеобразование и обеспеченных водоотводом. Уложенный в валик щебень распределяют автогрейдером слоем толщиной от 15 до 25 см. Битум, разжиженный до 200-250 градусов пенетрации и нагретый до температуры 160 о С, разливают гудронатором в два приема. После каждого розлива производят перемешивание щебня автогрейдером (собирают в валик и разравнивают). При этом отвал автогрейдера устанавливают под углом 30-40 о. Число проходов автогрейдера после первого розлива составляет от 6 до 8; общее число проходов – от 25 до 30.
9.2.4.6 Обработанный вяжущим щебень следует хранить в штабеле на складах или под навесом. Срок хранения не должен превышать 3 месяцев. Для предотвращения слеживаемости щебня перед складированием производят его опрыскивание водой. Расход воды – от 0,5 до 1 % по массе обработанного щебня. Высота штабеля щебня – не более 2 м.
9.2.4.7 Очистку поверхности покрытия производят механизированными щетками с увлажнением сильно загрязненных мест за 2-3 прохода по одному следу. При использовании в качестве вяжущего битума необходимо обеспечить полное высыхание покрытия перед устройством поверхностной обработки.
9.2.4.8 Подгрунтовку выполняют на цементобетонных покрытиях без поверхностной обработки, а также при наличии сетки трещин или шелушения – на асфальтобетонных покрытиях со степенью твердости Т или Н.
9.2.4.9 Покрытия подгрунтовывают путем розлива битума, разжиженного до вязкости от 200 до 250 градусов пенетрации. Для цементобетонных покрытий рекомендуется введение в битум для подгрунтовки адгезионных добавок. При использовании в качестве вяжущего для поверхностной обработки битумной эмульсии подгрунтовку выполняют 30 %-ной эмульсией. Норма розлива разжиженного битума – от 0,3 до 0,5 л/м 2 ; битумной эмульсии – от 0,5 до 0,6 л/м 2 . Подгрунтовку выполняют за 2-3 суток до устройства поверхностной обработки. При этом скорость движения транспорта на участке в течение указанного срока должна быть ограничена до 40 км/ч.
9.2.4.10 Устройство поверхностной обработки производят комплектом машин,
в состав которого входят машины раздельного распределения материалов (автогудронатор, навесной или прицепной щебнераспределитель) или специальные машины синхронного распределения материалов, а также самоходные катки на пневматических шинах.
9.2.4.11 Перечень машин и механизмов, рекомендуемых для устройства поверхностной обработки, приведен в приложении Д.
9.2.4.12 Не допускается для распределения щебня использовать пескоразбрасывающее оборудование.
9.2.4.13 Основной розлив органического вяжущего и распределение щебня производят по одной полосе движения без пропусков и разрывов. Длину захватки для щебнераспределителей с раздельным распределением материалов назначают из условия обеспечения непрерывного распределения щебня и движения щебнераспределителя за гудронатором с интервалом от 10 до 15 м. Расчет длины захватки и рабочей скорости движения автогудронатора, не оборудованного автоматической системой контроля расхода вяжущего, приведен в приложении Е.
9.2.4.14 Длину захватки с использованием специальных машин синхронного распределения вяжущего и щебня определяют в зависимости от вместимости щебнераспределителя.
9.2.4.15 Температура розлива битума марок БНД и БД должна быть от 140 о С до 160 о С. Температура розлива битумной эмульсии – от 60 о С до 85 о С. Максимальную температуру розлива принимают при температуре покрытия ниже 30 о С.
9.2.4.16 Температуру розлива модифицированных вяжущих материалов следует принимать в соответствии с техническими нормативными правовыми актами на них. Для битумов марки БМП температура розлива должна быть от 150 о С до 175 о С.
9.2.4.17 Сухое покрытие при его температуре более 30 о С за 20-30 мин до розлива битумной эмульсии увлажняют водой с расходом от 0,5 до 0,8 л/м 2 .
9.2.4.18 Россыпь щебня производят слоем в одну щебенку вслед за розливом органического вяжущего или синхронно с ним. Участки с недостатком или отсутствием щебня после механического распределения до уплотнения должны быть заполнены вручную.
9.2.4.19 Второй слой двойной поверхностной обработки устраивают сразу после уплотнения первого.
9.2.4.20 Не допускается сопряжение двух смежных полос поверхностной обработки внахлест как в продольном, так и в поперечном направлениях.
9.2.4.21 Для обеспечения качества устройства поперечного стыка в конце предыдущей захватки укладывают плотный материал (бумагу, рубероид и др.) шириной не менее 0,5 м поперек дорожного покрытия на полную ширину распределительной рампы гудронатора, присыпают по краям щебнем и убирают после прохода щебнераспределителя.
9.2.4.22 В зоне продольного стыка незакрепившийся щебень должен быть удален до распределения вяжущего по смежной полосе. При устройстве смежной полосы вяжущее распределяют внахлест, а щебень – встык. Для обеспечения качества устройства продольного стыка распределение вяжущего со стороны стыка выполняют шире, чем распределение щебня за счет закрытия крайней заслонки щебнераспределителя.
9.2.4.23 Не допускается устройство продольных стыков по полосам наката движущегося автотранспорта. В конце рабочего дня поверхностная обработка должна быть устроена по всей ширине проезжей части (для двух- и трехполосных дорог) или по всей ширине одного направления движения (для четырехполосных и более) и закончена единым поперечным стыком.
9.2.4.24 Уплотнение производят двумя самоходными катками на пневматических шинах. Количество проходов по одному следу – не менее 5. Скорость уплотнения для первых трех проходов – до 3 км/ч, для последующих – до 10 км/ч.
При использовании битумной эмульсии допускается производить уплотнение одним катком.
9.2.4.25 Уплотнение начинают сразу после прохода щебнераспределителя. При использовании битумной эмульсии уплотнение заканчивают после распада эмульсии, характеризуемого изменением ее цвета от коричневого к черному и выделением воды.
Двойная поверхностная обработка уплотняется послойно.
9.2.4.26 В период первых 10 суток формирования поверхностной обработки должны быть обеспечены следующие условия:
– ограничение скорости движения транспортных средств до 40 км/ч;
– регулирование движения автотранспорта по полосам (для многополосных дорог);
– сметание незакрепившегося щебня на обочину механизированными щетками (первое сметание – не позднее одних суток после открытия движения).
9.2.4.27 В течение гарантийного срока должны быть обеспечены следующие условия:
– своевременный в соответствии с СТБ 1291 ремонт дефектных мест (при необходимости);
– при температуре покрытия более 35 о С и проявлении выпотевания вяжущего – распределение по слою поверхностной обработки щебня фракции 2,5-5 мм при норме расхода от 2 до 4 кг/м 2 .
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
ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ «ЧИП СИЛ»
«ЧИП СИЛ» — это поверхностная обработка, при которой происходит синхронное распределение битумной эмульсии и фракционированного каменного материала. Она применяется для поддержания в рабочем состоянии и продления долговечности, а также для повышения транспортно-эксплуатационных характеристик дорог.
Из истории
Технология устройства шероховатой поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и каменного материала по технологии «ЧИП СИЛ» берет свое начало в 1960 году. Чувашскими специалистами было разработано предложение по замене традиционной технологии укладки на новую с синхронным распределением. В ремонтных мастерских было изготовлено несколько опытных образцов, однако дальнейшего развития данная технология не получила. А в 1985 году французская компания «Secmair» начала применение данной технологии при строительстве автомобильных дорог Франции. В 1999-2001 годах ФГУП СНПЦ «РОСДОРТЕХ» были разработаны и в 2001 году утверждены Росавтодором «Методические рекомендации по устройству одиночной поверхностной обработки техникой с синхронным распределением битума и щебня». СНПЦ «РОСДОРТЕХ» совместно с французской компанией «Secmair» разработал российский аналог машины «Чипсилер – 26». Прошло порядка 40 лет с момента разработки до внедрения данной технологии на автомобильных дорогах России.
Условия для устройства поверхностной обработки «ЧИП СИЛ»
Главным условием производства работ по устройству ШПО является температура окружающей среды. При использовании в качестве вяжущего битумной эмульсии температура должна быть не ниже +5°С, а при использовании битума – не ниже +15°С. Однако на основании имеющегося опыта, существуют следующие ограничения по производству работ в связи с погодными условиями:
Подготовительные работы перед устройством
При устройстве поверхностной обработки по технологии «ЧИП СИЛ» в существующем покрытии должны быть заделаны выбоины и герметизированы трещины. Как правило, обязательной герметизации подлежат трещины с раскрытием более 3 мм. Здесь следует отметить, что применение холодных асфальтобетонных смесей при последующем устройстве ШПО по технологии «ЧИП СИЛ» не рекомендуется. Кроме того, отремонтированная поверхность асфальтобетонного покрытия должна быть ровной, сухой (при использовании в качестве вяжущего битума) и очищенной от пыли и грязи (свободной начиная от любых сыпучих материалов, заканчивая розливом вяжущего). Поэтому подготовительные работы должны включать:
После проведения всех подготовительных работ определяется оптимальная протяженность участка работ и производится заправка установки каменным материалом и вяжущим. Щебень для поверхностной обработки предварительно очищается и увлажняется. Не допускается содержание глины в комках, а содержание пылеватых и глинистых частиц не должно превышать 0,5%. Несоблюдение данных требований может привести к разрыву связки «вяжущее-щебень».
Синхронный розлив вяжущих материалов и россыпь щебня выполняется специальной машиной – «Чипсилер – 41» .
Основные этапы устройства ШПО
При выполнении работ по устройству ШПО стыки укладываемых полос устраиваются по аналогии с традиционной поверхностной обработкой. Для обеспечения качества устройства продольного стыка распределение битумной эмульсии (битума) со стороны стыка выполняется на 0,20 – 0,25 м шире, чем распределение щебня, что достигается закрытием крайней заслонки щебня. При устройстве смежной полосы распределение битумной эмульсии (битума) выполняется с двойным перекрытием на смежную полосу с шириной 0,20 — 0,25 м и распределением щебня на получившийся стык. Таким способом получают ровное продольное сопряжение.
«Ковёр» шероховатой поверхностной обработки должен иметь однородную текстуру. Для того, чтобы обеспечить однородность текстуры и придать каждой щебёнке состояние «покоя», применяют уплотнение ШПО пневмокатками. В случае образования локальных дефектов (выкрашивание щебня, выпотевание битумной эмульсии и т.п.) их необходимо устранить.
Преимущества устройства ШПО по технологии «ЧИП СИЛ»
Недостатки устройства ШПО по технологии «ЧИП СИЛ»
ВЫВОД: Устройство шероховатой поверхностной обработки по технологии «ЧИП СИЛ» в качестве профилактических методов содержания еще не разрушенных асфальтобетонных слоев, а также восстановления изношенных слоев все чаще привлекает внимание заказчиков благодаря повышению транспортно-эксплуатационных характеристик, а также срока службы автомобильных дорог. А исходя из технико-экономического анализа данный метод значительно выгоднее по сравнению с традиционным фрезерованием с дальнейшей укладкой нового слоя покрытия. Данную технологию не рекомендуется применять в населенных пунктах.
С 2012 года компанией «ТехДорГрупп» были произведены работы по устройству шероховатой поверхностной обработке на таких дорогах, как:
1. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 187+000 — км 197+000.
2. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-351 Екатеринбург-Тюмень км 280+000 — км 289+820.
3. Ханты-Мансийский автономный округ – Югра:
— Автомобильная дорога Р-404 Тюмень — Тобольск — Ханты-Мансийск км 827+000 – км 830+000;
— Автомобильная дорога Р-404 Тюмень — Тобольск — Ханты-Мансийск км 899+000 – км 903+000.
4. Ханты-Мансийский автономный округ – Югра. Автомобильная дорога дороги Р-404 Тюмень — Тобольск — Ханты-Мансийск км 932+000 — км 939+000, в Ханты-Мансийском автономном округе-Югра.
5. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-242 Пермь – Екатеринбург км 239+000 – км 260+000.
6. Пермский край. Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 154+000 — км 160+046.
7. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-242 Пермь – Екатеринбург км 232+000 — км 239+000.
8. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-351 Екатеринбург – Тюмень км 191+000 — км 218+000.
9. Свердловская область.
— Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 169+000 — км 187+000.
— Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 260+000 — км 269+000.
10. Свердловская область.
— Автомобильная дорога Р-351 Екатеринбург-Тюмень км 67+000 — км 80+000;
— Автомобильная дорога Р-351 Екатеринбург-Тюмень км 261+000 — км 280+000;
— Автомобильная дорога Р-351 Екатеринбург-Тюмень км 225+000 — км 233+000.
11. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 187+000 — км 205+000
12. Свердловская область. Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 205+000 — км 232+000.
13. Свердловская область:
— Автомобильная дорога Р-351 Екатеринбург — Тюмень км 174+200 — км 191+000;
— Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 232+000 — км 239+000;
— Автомобильная дорога Р-242 Пермь — Екатеринбург км 239+000 — км 260+000.
14.Устройство двойной поверхностной обработки покрытия проезжей части щебнем, обработанным органическим вяжущим в установке:
— Большая Соснова – Частые км 27+000 – км 33+000;
— Нытва – Григорьевское – Ильинский км 4+500 – км 19+000;
— Нытва – Григорьевское – Ильинский км 22+000 – км 25+200;
— Нытва – Григорьевское – Ильинский км 26+700 – км 31+700;
— Дыбки – Таборы – Оханск км 11+800 – км 19+000;
— Очер – Верещагино – Сива км 3+900 – км 10+300;
— Очер – Верещагино – Сива км 15+000 – км 24+310.
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.
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 – 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:
Кроме технических преимуществ, поверхностные обработки имеют достаточно конкурентоспособную стоимость по сравнению с комплексом верхних слоев дорожных одежд, используемых в этих случаях.
Существует много различных способов устройства поверхностных обработок, из которых в настоящей статье рассматривается лишь один – использование для этой цели фракционного щебня и различных органических вяжущих, в том числе эмульгированных.
Чтобы создать поверхностную обработку, соответствующую представленным требованиям, необходимо при ее устройстве соблюдать несколько принципиальных положений:
Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:
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.
Щебень поверхностной обработки воспринимает и передает на нижележащие слои нагрузку от автомобилей, служит слоем износа и обеспечивает сцепление между дорогой и колесами автомобилей.
Каменный материал, применяемый для устройства поверхностной обработки, должен обладать высокими физико-механическими свойствами, такими как прочность, морозоустойчивость, сопротивление удару и износу (истиранию), хорошей прочностью сцепления с вяжущим и т.д. Соответствие горной породы вяжущему определяют путем испытания в лабораторных условиях на прочность сцепления.
Форма щебенок должна быть как можно ближе к кубической, чтобы обеспечить устойчивое положение на поверхности покрытия. Яйцевидная форма щебенок, так называемая форма «колумбового яйца», не имеет стабильного положения. Плоские плитки и щебенки в виде вытянутой иглы хрупки и плохо укладываются в покрытие (рис. 1).
Щебень поверхностной обработки должен быть очень чистым, что обуславливает его тщательную мойку во время производства. Наличие глины, даже в очень слабых пропорциях, весьма нежелательно: глина крайне гидрофильна, и сильное разбухание, которое происходит при наличии воды, приводит к тенденции разрыва связки «вяжущее – щебень».
Правильно выбранная форма и размер щебенок формируют шероховатость поверхностной обработки, обеспечивают снижение шума в салоне автомобиля при движении.
Важное значение имеет выбор размера щебня. Установлено, что размеры щебня порядка 10–15 и 15–20 мм вызывают довольно высокий уровень шума в салоне автомобиля и мешают прослушиванию музыки при скорости движения более 130 км/ч. Исходя из этого, отдают предпочтение поверхностной обработке из щебня фракций 5–10 мм.
Еще один фактор, который необходимо учитывать при назначении требований к размеру щебня, состоит в исключении возможности разбития лобовых стекол автомобилей щебенками, вылетающими из-под колес автомобилей при движении с высокой скоростью. Использование мелкозернистого щебня позволяет почти полностью решить эту проблему.
Для устройства поверхностных обработок применяют щебень марки не ниже 1200 по ГОСТ 8267-82 из трудношлифуемых изверженных и метаморфических горных пород для автомобильных дорог I и II категорий, марки 1000 – для дорог III категории и марки не ниже 800 – для дорог IV категории, фракций 5–10, 10–15, 15–20 мм (допускается применение щебня фракций 5–15 и 10–20 мм при условии обеспечения коэффициента сцепления) преимущественно кубовидной формы зерен (зерна пластинчатой формы составляют не более 15%); содержание пылеватых, глинистых и илистых частиц в щебне не должно превышать 1% массы. Выбор фракции щебня производят в зависимости от твердости дорожного покрытия.
При устройстве поверхностной обработки в качестве вяжущих используют вязкие битумы, битумы с добавками дегтей, битумы и дегти с добавками полимеров, битумные эмульсии.
Вяжущее обеспечивает гидроизоляцию покрытия, приклеивание каменного материала к покрытию или основанию и соединение щебенок в единый слой.
Марку битума выбирают по ГОСТ 22245-90 с учетом дорожно-климатической зоны: для I – БНД 90/130 и БНД 130/200, для II и III – БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БН 60/90, БН 90/130 и БН 130/200, для IV и V – БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90 и БН 90/130 .
Битум должен выдерживать испытание на сцепление со щебнем, используемым для устройства поверхностной обработки. При неудовлетворительном сцеплении битума со щебнем следует использовать добавки соответствующих ПАВ или производить предварительную обработку щебня дегтем или смесью битума с дегтем.
Применяемые каменноугольные дегти должны иметь марку Д-5, Д-6 или Д-7 по ГОСТ 4641-80 и использоваться на автомобильных дорогах не выше III категории. На участках дорог, проходящих по населенным пунктам, применение каменноугольных дегтей не разрешается.
При устройстве поверхностной обработки с использованием эмульсий применяют преимущественно катионные битумные эмульсии класса ЭБК-1, ЭБК-2, отвечающие требованиям ГОСТ 52128. В условиях III – IV дорожно-климатических зон и при благоприятных погодных условиях во II зоне допускается применение анионных эмульсий класса ЭБА-1, ЭБА-2. Эмульсии должны выдерживать испытание на сцепление пленки вяжущего со щебнем.
При устройстве поверхностной обработки на катионных битумных эмульсиях используют необработанный органическим вяжущим щебень, на анионных эмульсиях – преимущественно черный щебень.
При устройстве поверхностной обработки на дорогах с интенсивностью движения свыше 3000 авт/сут., с движением преимущественно грузовых автомобилей, также в районах с резко континентальным климатом применяют битум и деготь с добавками полимеров. Дегтеполимерное вяжущее используют на дорогах не выше II категории.
Различают несколько видов поверхностных обработок, каждая из которых имеет свою сферу наиболее эффективного применения (рис. 2).
При выборе способа устройства поверхностной обработки покрытий необходимо учитывать ее назначение, условия движения на дороге, климатические условия района строительства, показатель твердости дорожного покрытия, наличие материалов и средств механизации.
Существует два способа устройства поверхностных обработок:
Работы по устройству одиночной поверхностной обработки традиционным способом с использованием битумов, дегтебитумов, битумо- и дегтеполимерных вяжущих производят в следующем порядке:
Работы по устройству двойной поверхностной обработки производят в такой последовательности:
Очистку покрытия от пыли и грязи выполняют механическими щетками, наиболее загрязненные участки промывают с помощью поливомоечной машины.
Струны щеток, какова бы ни была их природа (нейлон, сталь), должны быть в хорошем состоянии и достаточно жесткими, чтобы обеспечить эффективное соскабливание.
В случаях, когда старое покрытие не удается полностью очистить от пыли и грязи, оставшихся в мелких трещинах и впадинах, его необходимо подгрунтовать путем розлива жидкого битума по норме 0,3–0,5 л/м 2 или битумной эмульсией с расходом 0,5–0,8 л/м 2 .
Розлив вяжущего производят автогудронатором. Для равномерного розлива вяжущего необходимо обеспечить бесперебойность действия сопел, равномерность работы насоса и требуемую скорость перемещения гудронатора.
Сопла должны быть теплоизолированы и оснащены устройством обогрева, позволяющим поддерживать или обеспечивать определенную температуру вяжущего.
В зависимости от выбранного вяжущего и от ширины обрабатываемой поверхности водитель определяет, с помощью элементов регулировки гудронатора (номограмма, вычислительный диск, программирование), необходимое соотношение между скоростью передвижения и количеством оборотов насоса, который определяет дозирование вяжущего на покрытии. 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.
Во время розлива температура битума марок БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90 и БН 90/130 должна составлять 150–160° C; марок БНД 130/200 и БН 130/200 – 100–130° C; температура полимерно-битумного вяжущего – 140–160° C; дегтеполимерного вяжущего – 100–110° C.
Распределение щебня производят самоходным щебнераспределителем, автомобилем-самосвалом с навесным приспособлением или другим механизмом, обеспечивающим быстрое и равномерное распределение щебня. Кузов всех этих механизмов должен быть плоским и без локальных деформаций. Высота сброса щебня должна быть небольшой, чтобы обеспечить более однородное распределение заполнителя на покрытии. Автощебнераспределители могут быть оснащены системой гидравлического расширения, позволяющей изменять без остановки рабочую ширину от 2,50 до 4 м.
Щебень распределяют непосредственно после розлива вяжущего слоем в одну щебенку и укатывают катком 6–8 т за 4–5 проходов по одному следу.
Уплотнение поверхностной обработки покрытий обеспечивает укладку щебня и его закрепление на покрытии. Пневматические шинные уплотнители великолепно обеспечивают эти функции. Они приспосабливаются к неровностям дороги и не дробят щебень.
В течение первых дней эксплуатации необходимо осуществлять уход за формирующимися слоями. Незакрепившийся щебень должен быть удален с покрытия не позднее чем через 1 сутки после открытия движения. Скорость движения автомобилей ограничивают 40 км/ч и регулируют по ширине проезжей части.
Выброшенный лишний щебень подбирается очистительными машинами-сборщиками, очистительными машинами и втягивающими машинами. Оснащенные различными щетками и всасывающими соплами, они оборудованы сборными емкостями для мелкозернистого материала, который они поднимают. Эти всасывающие механизмы представляют большой прогресс в технологии поверхностных покрытий, поскольку они позволяют значительно снизить самый большой вред от загрязнения: битье ветровых стекол автомобилей после возобновления движения.
Поверхностную обработку с использованием битумных эмульсий выполняют в следующем порядке:
Температуру и концентрацию эмульсии устанавливают в зависимости от погодных условий. При температуре воздуха ниже 20° C рекомендуется применять эмульсию с температурой 40–50° C и концентрацией битума 55–60%. Подогрев эмульсии до указанной температуры следует производить непосредственно в автогудронаторе в процессе транспортирования к месту работ. При температуре воздуха выше 20° C эмульсию применяют в холодном состоянии, а концентрацию битума можно снизить до 50%.
Распределение щебня осуществляют таким образом, чтобы щебень распределялся не далее 20 м от автогудронатора, разливающего эмульсию.
Уход за поверхностной обработкой с применением битумных эмульсий выполняется так же, как и при использовании битума. При использовании анионных эмульсий движение автомобилей открывается не ранее чем через 1 сутки после окончания работ.
Основным отличием новой технологии устройства поверхностной обработки является синхронное, практически одновременное распределение вяжущего и россыпь щебня (рис. 3).
При устройстве поверхностной обработки традиционными методами разрыв во времени между распределением вяжущего и россыпью щебня лимитируется временем остывания горячего битума и может достигать 1 часа.
При синхронном распределении вяжущего и щебня разрыв между этими операциями не превышает 1 сек, что существенно сказывается на повышении качества поверхностной обработки, как при использовании в качестве вяжущего горячего битума, так и битумной эмульсии.
Повышение качества при использовании в роли вяжущего горячего битума объясняется тем, что за столь короткий промежуток времени битум не успевает остыть и сохраняет жидкую консистенцию и высокую клеящую способность. В результате битум хорошо проникает в микропоры щебня и покрытия, обволакивает каждую щебенку и прочно приклеивает их к покрытию и одну к другой.
Уплотнение уложенного слоя также происходит при горячем состоянии битума, что обеспечивает максимальный эффект уплотнения.
При использовании в роли вяжущего битумной эмульсии высокое качество поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня объясняется тем, что за столь короткий промежуток времени распад эмульсии только начнется, и эмульсия в жидком состоянии заполнит все микропоры щебня и покрытия, покроет каждую щебенку тонким слоем вяжущего и обеспечит возможность хорошего уплотнения слоя поверхностной обработки.
Синхронное распределение решает все проблемы организации и координации работ, возникающие при асинхронном распределении, поскольку при каждой остановке в распределении щебня автоматически прекращается и распределение вяжущего. Существенно сокращаются простои из-за климатических условий и повышается производительность работ. Это важно при использовании вяжущих высокой вязкости, но особенно важно при работе в неблагоприятных погодных условиях.
Синхронное распределение вяжущего и щебня благоприятно сказывается на формировании сопряжения между вяжущим и щебнем, что гарантирует высокие эксплуатационные характеристики поверхностной обработки, уменьшает риск неудачи работ из-за разницы температур основания и вяжущего, а также из-за наличия сухих тонкодисперсных фракций при устройстве поверхностных обработок с использованием эмульсий.
Опыт показывает, что высокий уровень качества поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня позволяет добиться поразительных результатов, когда тонкий слой щебня и вяжущего выдерживает интенсивное воздействие колес автомобилей в течение 10–15 лет.
Таким образом, синхронное распределение вяжущего и щебня с временем задержки в 1 секунду является самым важным нововведением в практике поверхностной обработки за последние 20 лет.
Для реализации идеи поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня фирма SECMAIR разработала и выпускает широкую номенклатуру битумощебнераспределителей различной производительности, а также других машин для содержания и ремонта дорожных покрытий с использованием щебня, обработанного битумом или битумной эмульсией.
Выпускаемые машины могут работать при движении передним ходом или при движении задним ходом (рис. 4).
Учитывая значительный интерес российских дорожников к внедрению технологии поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и битума, французская фирма SECMAIR и ГУП Саратовский научно-производственный центр «Росдортех» создали в г. Саратове совместное производство машин типа Chipsealer.
В 1999 г. начат выпуск следующих машин:
Применяются для сдерживания эрозии покрытия на ранней стадии путем устройства местной поверхностной обработки на участках шелушения и выкрашивания покрытия, появления мелких трещин, сетки трещин, мелких выбоин и колей. Машина имеет на одном шасси емкость для вяжущего, кузов для щебня, грейферный ковш для загрузки щебня в кузов и распределительные устройства для нанесения битума и щебня (рис. 5).
Еще одним отличием является наличие у «Стоппера» уплотняющего блока из 8 пневматических гладких колес, которые при помощи 4 гидравлических домкратов опускаются на поверхность в рабочее положение и поднимаются вверх в транспортное положение. Это особенно важно для ускоренного формирования ремонтного слоя в холодном и влажном климате. В сухом и жарком климате указанное формирование происходит под действием движущегося транспорта, и необходимость в уплотняющем блоке отпадает. Кроме того, «Стопперы» приспособлены для проведения локального ремонта с применением поверхностной обработки.
Для устройства поверхностной обработки традиционным способом, т.е. с раздельным распределением вяжущего и щебня, используют автогудронаторы и распределители щебня.
Автогудронаторы различают и выбирают по:
Распределители щебня различают по:
Для устройства поверхностной обработки методом синхронного (одновременного последовательного) распределения вяжущего и щебня используют битумо-(эмульсие)-щебнераспределители.
Битумощебнераспределители различают по:
На рис. 6 представлены графики выработки (в тыс. м 2) всех трех типов машин: автогудронаторов, распределителей щебня и битумо-(эмульсие)-щебнераспределителей при норме розлива битумной эмульсии в 1,4 и 2,1 л/м 2 и норме распределения щебня в 10,0 и 15,0 кг/м 2 . В зависимости от ширины розлива вяжущего и распределения щебня на рис. 6 представлены также выработка в пог. м полосы обработки.
Представленные графики с учетом величин вместимости бака для вяжущего и бункера для щебня и битумощебнераспределителей показывают, что вместимость бака для вяжущего обеспечивает значительно большую выработку, чем вместимость бункера для щебня. Таким образом, бункер для щебня должен быть заполнен несколько раз для обеспечения выработки вяжущего. Соотношение выработок по вяжущему и щебню для различных битумощебнераспределителей колеблется от 2,0 до 9,5 . Поэтому значительное влияние на сменную выработку (производительность) оказывает метод загрузки щебня.
При загрузке щебня в бункер щебнераспределителя (без самозагрузки) на базе с использованием одноковшового фронтального погрузчика или крана с грейфером (челюстным ковшом), т.е. с двойным пробегом от места работы до базы и обратно, затраты времени на одну загрузку составляют от 40 минут до 1 часа 20 минут.
При загрузке щебня в бункер битумощебнераспределителя на месте работ с использованием самозагрузки или с использованием автомобиля-самосвала с краном-манипулятором, оснащенным грейфером, затраты времени на одну загрузку составляют от 10 до 15 минут.
При загрузке щебня в бункер битумощебнераспределителя с самозагрузкой из приемного бункера, расположенного сзади машины и загружаемого из автомобиля-самосвала, даже при остановке битумощебнераспределителя, затраты времени на одну загрузку составляют от 2 до 6 минут.
При расчете загрузка вяжущего совмещена с загрузкой щебня, т.е. производится через две–девять загрузок щебня, скорость движения битумощебнераспределителя принята равной 4 км/ч = 1,1 м/сек = 66 м/мин., ширина распределения принята равной 3 м, коэффициент использования по времени принят равным 0,8 (при загрузке на базе) и 0,6 (при загрузке на дороге), что связано с необходимостью и большой сложностью ритмичной подачи материалов, применением дополнительных машин (автомобилей-самосвалов, автобитумовозов).
.jpg)