Битумоминеральная открытая смесь
Владельцы патента RU 2267465:
Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства шероховатых верхних слоев и поверхностной обработки дорожных покрытий.
Верхним слоям покрытия и поверхностной обработке принадлежит ответственная роль снижения дорожно-транспортных происшествий на автомобильных дорогах. Они наиболее полно отвечают требованиям безопасности движения, особенно в сырую погоду, поскольку определяют оптимальные значения и необходимый уровень порового пространства покрытий, характеризующих долговечность слоев и их дренирующую способность. К числу основных параметров, определяющих безопасность автомобильной дороги в эксплуатации, традиционно относятся сцепные свойства покрытия и его ровность.
— снижается безопасность движения из-за возможного отрыва щебня и повреждения стекол проезжающих автомобилей;
— выпотевание битума в местах перелива и связанное с этим снижение сцепных качеств покрытий;
— перерасход каменных материалов за счет выметания не прижившегося щебня при устройстве поверхностной обработки;
— втапливание зерен щебня в поверхность асфальтобетона, особенно при повышенных температурах, ведущее к снижению общей шероховатости покрытия, и целый ряд других причин.
Альтернативным материалом для устройства шероховатых слоев защитных покрытий являются открытые битумоминеральные смеси (БМО-смеси).
Макрошероховатые защитные слои из БМО смесей используют преимущественно:
— на участках автомобильной дороги с интенсивным грузонапряженным и скоростным движением, на крутых уклонах и виражах, где необходимо гарантировано обеспечить приживаемость щебня в поверхностном слое, сохраняющем сцепные качества на срок не менее 6 лет эксплуатации;
— при производстве работ в весенне-осенний период, а также на участках автомобильной дороги с низкой интенсивностью движения, когда применение поверхностной обработки невозможно по условиям формирования, и др.
Для повышения качественных показателей БМО смесей целесообразно использовать различные полимерные и поверхностно-активные вещества, способные модифицировать такие смеси.
Наиболее близкими к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату являются смеси битумоминеральные открытые БМО 65/75 для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий [ТУ 218 РСФСР 601-88 «Смеси битумоминеральные открытые для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий». М., 1989, с. 29], уплотняемые, включающие щебень фракции до 15 мм, песок и минеральный порошок в соотношении, мас. %:
Содержание песка, минерального порошка и битума должно соответствовать требованиям ТУ 218 РСФСР 601-88, приложение 2.
Недостатком указанной БМО смеси является низкий предел прочности при 20°С и при 50°С, соответственно не менее 2,5 МПа и 0,8 МПа и невысокий коэффициент водоустойчивости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии КвД не менее 0,75, что в целом
ряде случаев является недостаточным по условиям эксплуатации дорожных покрытий.
| щебень фракции до 15 мм | 65-75 |
| отсев дробления щебня, фракции 0-5 мм | 17,0-23,5 |
| минеральный порошок | 3,0-5,0 |
| битум | 4,4-5,5 |
| указанный отход | 0,4-0,6 |
| мазут | 0,2-0,4 |
Комплексное использование указанной добавки позволяет в полной мере улучшить эксплуатационные свойства покрытий из БМО смесей, в том числе замедление процессов старения за счет этилен-винилацетатной составляющей сэвилена.
Характеристика исходных материалов
1. Минеральный материал представлен следующим образом:
В качестве щебня использовался дробленый щебень из песчаника Потаповского карьера Ростовской области с маркой прочности 1200.
В таблице 1 приведен зерновой состав этой фракции.
1.2. Отсев дробления
Использовался отсев дробления щебня Потаповского карьера, фракция 0-5 мм (таблица 1).
1.3. Минеральный порошок
Минеральный порошок соответствует требованиям ГОСТ 52-129-2003 (таблица 1).
Использовался битум нефтяной дорожный БНД 60/90. В таблице 2 представлены его физико-механические свойства. По показателям свойств исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.
АрмПЭВА представляет собой отходы двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб и получила название от своего компонентного состава. Полимерно-армирующая добавка АрмПЭВА представляет собой частицы размером 3×4 мм и толщиной 2 мм, полученные дроблением продукта обрезки указанного материала для придания необходимых размеров на стадии подготовки его к отгрузке потребителю.
| Таблица 1. ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ОТКРЫТОЙ БИТУМОМИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ (БМО) | |||||||||||
| № | Наименование | Содержание материла,% | Размер зерен в мм, мельче | ||||||||
| 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,16 | 0,071 | |||
| Исходные материалы | |||||||||||
| 1 | Щебень фр. 5-15 мм | 100 | 82,0 | 38,4 | 2,02 | 1,94 | |||||
| 2 | Отсев дробления фр. 0-5 мм | 100 | 100 | 100 | 99,11 | 73,1 | 45,5 | 37,5 | 27,6 | 19,7 | 11,5 |
| 3 | Минеральный порошок | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99,0 | 96,0 | 83,0 |
| Зерновой состав смеси | |||||||||||
| 1 | Щебень фр. 5-15 мм | 70 | 57,4 | 26,97 | 1,4 | 1,4 | — | — | — | — | — |
| 2 | Отсев дробления фр. 0-5 мм | 26 | 26,0 | 26,0 | 25,8 | 19,0 | 11,8 | 9,8 | 7,2 | 5,2 | 3,0 |
| 3 | Минеральный порошок | 4 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4 | 4,0 | 3,96 | 3,8 | 3,3 |
| Готовая БМО смесь | 100 | 87,4 | 56,9 | 31,2 | 24,4 | 15,8 | 13,8 | 11,2 | 8,8 | 6,3 |
| Таблица 2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БИТУМА | ||||||||
| Пенетрация при | Растяжимость, см, при 25°С | Температура, °С | Интервал пластичности, °С | Прилипаемость | Эластичность | |||
| 25°С | 0°С | размягчения | хрупкости | к песку | к мрамору | |||
| 76 | 28 | >100 | 47,5 | -17,0 | 64,5 | образец 3 | образец 2 | отсутствует |
Качественные показатели Севилена
| Плотность г/см 3 | Показатель текучести расплава г/10 мин при температуре 125°С | Массовая доля винил-ацетат, % | Прочность при разрыве, МПа | Относительное удлинение при разрыве, % | Метод переработки |
| 0,947 | 14,7 | 26 | 5,4 | 608 | Компаунди-рование |
| Таблица 4 Физико-химические характеристики метода | ||||||
| Вязкость при 80° условная, градусы, By | Массовая доля механических примесей, % | Массовая доля воды, % | Массовая доля серы, % | Температура вспышки в открытом тигле, °С | Температура застывания, °С | Плотность при 20 кг/м 3 |
| 16 | 0,9 | 0,75 | 1,3 | 190 | 34 | 974 |
Пример: Для экспериментальной проверки заявленного состава были приготовлены 5 вариантов составов битумоминеральных открытых смесей (БМО). В качестве минеральных материалов использовались вышеописанные материалы подобранного зернового состава, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 9228-97 (таблица 1).
За основные характеристики качества битумоминеральных открытых смесей (БМО) приняты: водонасыщение под вакуумом, коэффициент водоустойчивости при длительном водонасыщении на растяжении при расколе Кдв, предел прочности при сжатии МПа при температурах 20 и 50°С, коэффициент водоустойчивости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии Кдв и сцепление битума с минеральной смесью.
Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые до температуры 160-170°С минеральные материалы: щебень фракции 5-15 мм, отсев дробления 0-5 мм, вводилась добавка АрмПЭВА. Смесь тщательно перемешивалась 0,5-1,0 минуты, затем вводился минеральный порошок, смесь вновь перемешивали. После чего вводился нагретый до 140-150°С нефтяной битум, модифицированный предварительно мазутом. Все компоненты смеси вновь перемешивались до образования однородной смеси. Далее из смеси готовились образцы под давлением 40 МПа, диаметром 70,1 мм. Результаты сравнительных испытаний сведены в таблицу 5.
| Таблица 5 Составы предлагаемых битумоминеральных открытых смесей и их физико-механические показатели | ||||||
| Наименование показателей | Состав предлагаемый | Известный | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Состав асфальтобетонной смеси, мас. % | ||||||
| Щебень, фр. 5-15 мм | 61,0 | 65,0 | 70,2 | 75,0 | 79,0 | 65,0-75,0 |
| Отсев дробления щебня, фр. 0-5 мм | 26,2 | 23,5 | 20,0 | 17,0 | 15,0 | 20,0-29,0 |
| Минеральный порошок | 6,0 | 5,0 | 4,0 | 3,0 | 2,0 | |
| Битум | 6,0 | 5,5 | 5,0 | 4,4 | 3,0 | 5,0-6,0 |
| АрмПЭВА | 0,3 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,9 | 0,4-0,6 |
| Мазут | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,2-0,4 |
| Свойства БМО смесей | ||||||
| Водонасыщение под вакуумом W, % объема | 1,6 | 2,9 | 3.3 | 4,1 | 6,4 | не более 5 |
| Набухание после 15 суток выдерживания в воде после вакуума, Н % объема | 0,23 | 0,25 | 0,31 | 0,49 | 1,08 | не более 1 |
| Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении по прочности на растяжение при расколе Квд | 0,89 | 0,92 | 0,94 | 0,87 | 0,74 | не менее 0,8 |
| Предел прочности при сжатии, МПа: при температуре 20°С | 4,01 | 4,87 | 4,63 | 4,42 | 3,96 | не менее 2,2 |
| 50°С | 0,79 | 1,39 | 1,57 | 1,41 | 1,23 | не менее 0,8 |
| Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии, Квд | 0,87 | 0,85 | 0,83 | 0,81 | 0,65 | не менее 0,7 |
| Сцепление битума с минеральной частью | выдерживает | выдерживает | ||||
| Остаточная пористость, % после уплотнения | 2,3 | 3,2 | 3,8 | 4,4 | 6,1 | от 3 до 5 |
ТУ 218 РСФСР 601-88 Смеси битумоминеральные открытые для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий
МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР
ДОРОЖНОЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ И
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЪЕДИНЕНИЕ
НПО РОСДОРНИИ
СМЕСИ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫЕ ОТКРЫТЫЕ
ДЛЯ УСТРОЙСТВА МАКРОШЕРОХОВАТЫХ
СЛОЕВ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
ТУ 218 РСФСР 601-88
Срок введения с 01.05.89 по
зам. министра автомобильных
Применение составов открытых смесей, соответствующих условиям эксплуатации указанных слоев, позволяет обеспечить заданные свойства поверхности покрытия и требуемую степень стабильности этих свойств при эксплуатации слоев в течение (не менее) 6 лет.
Технические условия разработаны по результатам исследований НПО Росдорнии и обобщения отечественного и зарубежного опыта устройства шероховатых дорожных покрытий и слоев износа.
Принципы проектирования составов смесей и технология устройства макрошероховатых слоев из них апробированы в процессе опытно-производственных работ, выполненных на строящихся и эксплуатируемых автомобильных дорогах с асфальтобетонным и цементобетонным покрытиями.
Технические условия разработаны сотрудниками НПО Росдорнии: канд. техн. наук А. Я. Эрастовым и инж. Л. Г. Паниной при участии инж. С. М. Акиншина.
Общее редактирование выполнено канд. техн. наук А. Я Эрастовым
1 Открытыми называют битумоминеральные смеси, содержащие более 50 % по объему (55 % по массе) щебня или других каркасных частиц и образующие материал с пористостью, заполняющей каркас части в 1,5 и более раз, превышающей общую пористость материала.
2 Толщина слоя может быть увеличена до 3,5 см при условии обеспечения требуемых значений физико-механических показателей свойств уплотненной смеси.
При разработке использовано а. с. № 907138.
Пример записи обозначения при заказе смеси: «Смеси битумоминеральные открытые для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий ТУ 218 РСФСР 601-88».
пластичные с Куд и Кф более 0,9;
сыпучие с Куд и Кф более 0,7 до 0,9;
К битумам и ПАВ предъявляют требования, аналогичные установленным при использовании этих материалов в горячих и теплых асфальтобетонных смесях для верхнего слоя покрытия в соответствии с ГОСТ 9128-84.
Применяют щебень, рекомендуемый для асфальтобетона типов А и Б I и II марок в соответствии с ГОСТ 9128-84. Песок и минеральный порошок должны отвечать требованиям, предъявляемым к порошкам для указанных смесей по ГОСТ 9128-84.
Требуемые показатели физико-механических свойств уплотненных смесей
Укладка тонкого слоя (слоя износа) дорожного покрытия
Согласно проведенным российским исследованиям, скользкость дорожного покрытия является первопричиной возникновения множества дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями.
Обеспечение безопасности дорожного движения и повышения качества его условий – основные задачи мероприятий по ремонту асфальтного покрытия. Транспортно-эксплуатационные показатели дороги должны соответствовать всем нормативным требованиям, принятым в этой отрасли и регламентированными требованиям СНиП 2.05.02-85. Один из таких показателей, требующий постоянного контроля и коррекции при необходимости – скользкость дорожного покрытия, главным критерием которого является коэффициент сцепления.
Что это такое?
Дорожная одежда состоит из нескольких слоев, каждый из которых выполняет определенные конструктивные функции. Самым уязвимым к разрушениям считается верхний тонкий слой (слой износа) дорожного полотна – именно на него приходится основная горизонтальная нагрузка от проезжающего транспорта, негативных воздействий окружающей среды и регулярно изменяющихся метеорологических условий.
Верхний слой (износа) – замыкающий слой дорожной одежды, основными функциями которого являются обеспечение должного уровня сцепления колес автотранспорта с асфальтобетонным покрытием, гидрозащита, защита всех слоев дорожного полотна и в некоторых случаях устранение относительной стабилизировавшейся колейности.
Укладка слоя износа способствует не только снижению числа ДТП, но и существенному сокращению затрат на обслуживание дорожного полотна, однако, стоит отметить, что слой износа не решает задачу выравнивания покрытия, хотя и в состоянии изменить его свойства.
Тонкий слой (слой износа) характеризуется шероховатостью, потеря которой происходит по нескольким причинам:
В целях повышения коэффициента сцепления необходимы мероприятия по возобновлению шероховатости и повышению коэффициента сцепления. Классический восстановительный ремонт дорожного полотна – самый эффективный способ устройства шероховатой поверхности с необходимыми параметрами.
Технологии производства
Современное дорожное строительство освоило множество российских и иностранных технологий укладки слоев износа. В российской дорожно-строительной отрасли также используются различные технологии, различающиеся в первую очередь видом сырья, применяемом в ремонте дороги. Среди самых востребованных и зарекомендовавших себя разработок, отличающихся высоким качеством исполнения, можно выделить применение:
Главный принцип технологии укладки слоя износа с применением БМО состоит в обеспечении высокоскоростной (до 10 метров/минуту) укладки горячей смеси.
Проведение работ по укладке слоя предполагает выполнение предварительного и полного ремонта дорожного полотна, в том числе:
Если температура воздуха составляет более 30°С, то рекомендуется провести небольшое увлажнение полотна водой.
Работы по строительству слоя износа нецелесообразно проводить во время дождя, а также при температуре ниже +10°С.
Виды разрушений дорожного полотна в процессе эксплуатации
Около 70-ти процентов пассажирских и грузовых перевозок приходятся на автомобильный транспорт, однако, состояние дорог в нашей стране не отличается долговечностью по ряду причин. Особенно это касается дорожных покрытий регионального и местного значения.
В процессе эксплуатации дорожного полотна возникает множество видов разрушений, среди которых можно выделить:
Проблемы с качеством дорожного полотна и причины их возникновения
Нормальное функционирование грузового и пассажирского автомобильного транспорта возможно только при наличии развитой и качественной дорожной сети. Однако непрерывный рост интенсивности движения более остро ставит вопрос об увеличении срока службы дорожного покрытия и улучшении его транспортно-эксплуатационных характеристик, к которым относится:
Проблемы с качеством дорожного покрытия могут возникнуть по следующим причинам:
Чтобы избежать возникновения проблем, необходимо производить правильные расчёты, отдавать предпочтение качественным материалам и смесям, своевременно производить ремонтные работы также с учётом технологии. Лишь в таком случае дорожное покрытие будет служить долго.
Улучшить состояние дорог можно двумя способами:
Первый вариант – достаточно дорогостоящий, требует разработки проектов, но при этом способен обеспечить достойный результат и в долгосрочной перспективе. Привлекая частных инвесторов, вводя платные трассы можно устранить брешь в бюджете и вложиться в строительство дорог. Второй вариант определенно является более экономичным.
Если строительство вспомогательных или дублирующих участков на данный момент невозможно, то сегодня следует избегать использования низкокачественных материалов, полностью соблюдая при этом технологию укладки. В ином случае проблемы дорог так и останутся не решенными.
Устройство тонкослойного покрытия (слоя износа) из горячей битумоминеральной смеси
Современные методы укладки слоя износа предполагают использование горячей битумоминеральной смеси – материал представляет собой рационально подобранные пропорции щебня мелкой фракции (55-85% в общем составе), создающего каркасную структуру слоя износа, а также растворной части, содержащей в своем составе песок, минеральный порошок и дорожный битум.
БМО наносится в горячем виде, после укладки и уплотнения образует тонкий макрошероховатый слой толщиной до 35 миллиметров.
Одно из преимуществ использования битумоминеральной открытой смеси – значительное увеличение срока службы слоя износа. Поверхностная обработка с другими материалами не дает подобного эффекта – заданные свойства слоев износа сохраняют стабильность в условиях интенсивной эксплуатации в течение 6-7 лет. Вторым преимуществом БМО-смесей можно назвать повышенную укрывистость – это позволяет частично восстанавливать геометрию и надежную гидроизоляцию нижележащих слоев дорожной одежды.
Хорошие эксплуатационные показатели материалов, используемых в ремонте дорог – залог долгой эксплуатации, не требующей дорогостоящих вмешательств. Слои смеси БМО обеспечивают ровность полотна, износоустойчивость и высокую степень водонепроницаемости.
В процессе укладки используется дорожная техника и оборудование:
Дополнительное оборудование
Перед современными производителями оборудования и материалов, применяемых в дорожном строительстве, остро стоит задача повышения качества ремонтно-строительных работ. Однако не все производители отличаются добросовестностью – к сожалению, рынок материалов и оборудования для дорожного строительства переполнен низкокачественными товарными позициями, применение которых не может обеспечить высокого качества ремонтно-строительных работ. Многие дорожные службы используют подобные товары из-за их дешевизны и экономии, однако, как показывает практика, подобная экономия в итоге оборачивается необходимостью дополнительных финансовых вливаний.
Выбирая надежного поставщика, предприятие, осуществляющее ремонт и содержание автомобильных дорог, делает ставку на высокий уровень исполнения, что, безусловно, благотворно сказывается на состоянии дорожной отрасли в целом и влияет на уровень финансовой экономии в долгосрочной перспективе.