Перегруз транспортных средств наносит существенный ущерб дорожной сети, из-за чего бюджет страны ежегодно теряет десятки миллиардов руб­лей. Одним из способов решения этой проблемы является повышение прочности дорожной одежды асфальтобетонного покрытия.

Для достижения поставленной цели применяют целый комплекс мер, начиная от стабилизации грунтов рабочего слоя и заканчивая применением современных типов асфальтобетонов и органических вяжущих. Важное место в этом ряду занимают дорожные одежды с прочными основаниями из укрепленных неорганическими вяжущими грунтов и каменных материалов. Однако, при всех достоинствах таких дорожных одежд, укрепленные основания имеют склонность к растрескиванию (усадочные и температурные трещины), что может провоцировать возникновение отраженных трещин в вышележащих асфальтобетонных слоях.

Известны различные способы борьбы с отраженными трещинами. Один из них заключается в увеличении толщины пакета асфальтобетонных слоев. По российским нормам — не менее 12–18 см, по опыту зарубежных стран — не менее 20–27 см.

Другой способ — устройство трещинопрерывающих прослоек между трещиновато-­блочным основанием и асфальтобетонным покрытием. Среди таких прослоек наиболее эффективны прослойки из щебня. Однако некоторые из действующих российских норм не рекомендуют располагать неукрепленные зернистые материалы между слоями из материалов, обработанных вяжущими (например, между слоем укрепленного грунта и асфальтобетоном).

Используется армирование асфальтобетона различными материалами. Положительный эффект достигается за счет целенаправленного управления свой­ствами (коэффициент теплового расширения, модуль упругости, прочность на растяжение и др.) контактирующих в дорожной одежде материалов — асфальтобетонов и укрепленных грунтов. Но это направление пока еще недостаточно проработано и не подкреплено в полной мере необходимой нормативной базой.

Вместе с тем особого внимания заслуживает армирование асфальтобетонных слоев стальными сетками, а также та роль, которую выполняют при этом битумно-­эмульсионные технологии.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что это весьма эффективная технология для усиления асфальтобетонных слоев. Стальные сетки с антикоррозийным покрытием обладают высокой прочностью и долговечностью, причем стальная проволока не перерубается щебенками при уплотнении.

В США и Европе армирование асфальтобетонных слоев стальными сетками последние 40 лет широко применяется в дорожном и аэродромном строительстве. В России использование стальных сеток для борьбы с отраженными трещинами в асфальтобетонном покрытии над швами бетонного основания предусмотрено Методическими рекомендациями по проектированию жестких дорожных одежд.

При этом в зарубежной и отечественной дорожной практике используются сетки различных типов: сварные с квадратными и прямоугольными ячейками, а также плетеные, с шестиугольными ячейками и с вплетенными поперечными стержнями круглого или прямоугольного сечения.

Наряду с прочностью стальной сетки важным условием эффективного армирования является хорошее закрепление ее к основанию перед укладкой асфальтобетонной смеси. В этом случае сетка не деформируется и располагается в дорожном слое смеси в правильном положении.

Существует несколько технологий закрепления стальных сеток на основании: крепление к основанию стальными скобами, костылями или дюбелями; приклеивание битумом.

Однако самой эффективной является технология закрепления стальных сеток на основании тонким слоем (7–10 мм) литой эмульсионно-­минеральной смеси (ЛЭМС). Она применяется для сеток с шестиугольными ячейками и с кручеными поперечными стержнями прямоугольного сечения высотой 7 мм. В этом случае полотно сетки толщиной 2–3 мм (в зависимости от диаметра стальной проволоки) висит на 2–3 мм выше основания и ЛЭМС может затекать под сетку, которая предварительно укладывается на основание. После распада битумной эмульсии и формирования слоя ЛЭМС сетка надежно закреплена на основании и можно производить укладку асфальтобетонной смеси.

Технологию закрепления стальной сетки тонким слоем ЛЭМС разработали за рубежом. При этом использовалась стальная сетка специальной конструкции, с поперечными стержнями прямоугольного сечения, выпускавшаяся в двух модификациях, — легкая и тяжелая.

С 2012 года эта технология применяется в России под названием «САДЭМС», а специальная стальная сетка для такого армирования выпускается у нас под названием «ДОРКАРС». Причем изготавливаются три типа сетки: легкая, средняя и тяжелая — в зависимости от условий применения.

Технология «САДЭМС» с применением стальных сеток «ДОРКАРС» включена в «Реестр новых и наилучших технологий, материалов и технологических решений повторного применения». По этой технологии успешно проведено усиление асфальтобетонного покрытия на многих участках федеральных и региональных дорог.

Нормативной базой усиления асфальтобетонных покрытий стальными армирующими сетками, закрепляемыми слоем ЛЭМС, служит ОДМ 218.3.041–2020 «Методические рекомендации по армированию асфальтобетонных слоев дорожных одежд стальными сетками», который является развитием ранее действовавшего ОДМ 218.3.041–2014.

Приказом Минстроя России от 01.06.2020 № 294/пр в федеральный реестр сметных нормативов включена федеральная единичная расценка ФЕР 27–06–067 на технологию «САДЭМС» с применением стальных сеток «ДОРКАРС».

Первоначально технология закрепления стальной сетки тонким слоем ЛЭМС создавалась для исключения необходимости в большом количестве металлических дюбелей или скоб для закрепления сетки (2–3 ед. на 1 кв. м сетки); сократить время и трудоемкость технологической операции по закреплению сетки; обеспечить надежное закрепление сетки на основании, в процессе укладки поверх нее асфальтобетонной смеси.

Все эти цели успешно достигнуты. При этом дополнительно выяснилось, что слой ЛЭМС, содержащий большое количество битума, выполняет также и функцию гидроизолирующей прослойки в дорожной одежде.

Однако после начала применения технологии «САДЭМС» обнаружилось еще несколько полезных эффектов ЛЭМС, реализуемых уже на этапе эксплуатации асфальтобетонного покрытия. В частности, заполнение ячеек стальной сетки затвердевшим ЛЭМС приводит к формированию композитного армирующего слоя, и его модуль упругости существенно выше, чем модуль упругости одной только сетки.

Выполняемые испытания ЛЭМС актуальны для слоя износа и неактуальны для слоя, расположенного внутри дорожной одежды. Поэтому провели специальные испытания для определения ряда характеристик, которые могли бы позволить сопоставить ЛЭМС по прочностным и упругим характеристикам с другими битумосодержащими материалами.

Этот анализ показал, что затвердевшая ЛЭМС с позиции водонасыщения и комплекса прочностных свой­ств может занимать промежуточное положение между песчаным пористым холодным асфальтобетоном (тип Гх) и песчаным высокопористым горячим асфальтобетоном (тип Г). Это позволяет оценить расчетный модуль упругости затвердевшего ЛЭМС, например, при температуре +10 °C и величине Ем ≈ 1500 МПа.

ЛЭМС обладает указанными выше свой­ствами только на этапе закрепления сетки на основании. При последующей укладке горячей асфальтобетонной смеси происходит разогрев тонкого слоя ЛЭМС до температуры 70–80 °C. В свою очередь, при дальнейшем уплотнении смеси катками может происходить доуплотнение и, соответственно, повышение прочности разогретой ЛЭМС. То есть спонтанно осуществляется своего рода «переформовка» ЛЭМС как побочный результат технологического процесса укладки и уплотнения вышележащего асфальтобетонного слоя.

В результате доуплотнения плотность ЛЭМС может возрасти на 6%, ее водонасыщение может снизиться почти в 2,5 раза, а прочность может увеличиться в три раза. Это позволяет рассматривать ЛЭМС, в процессе дальнейшей эксплуатации дорожной одежды, как горячий плотный песчаный асфальтобетон хорошего качества с расчетным модулем упругости при температуре +10 °C Ем ≈ 1500·3 = 4500 МПа. В этом случае модуль упругости композитного армирующего слоя достигает величины 10 400 МПа, что уже на 130% превышает исходный условный модуль упругости самой армирующей сетки.

Разогрев слоя ЛЭМС не только способствует повышению его плотности, но также позволяет щебенкам из горячей асфальтобетонной смеси внедряться при ее уплотнении в армирующий слой, обеспечивая эффективное сцепление вышележащего слоя с армирующей сеткой.

Контакт армирующего слоя с нижележащим основанием будет осуществляться через ЛЭМС, с его соответствующими параметрами сдвигоустойчивости. Сцепление армирующего слоя с основанием, с помощью ЛЭМС, на 5–20% ниже, чем с верхним слоем, где есть зацепление щебенок за сетку, но в разы выше по сравнению с битумной подгрунтовкой.

Для проверки основных положений методики определения расчетных модулей упругости армирующего слоя и армированных слоев асфальтобетона на участке федеральной автомобильной дороги А‑181 «Скандинавия» (81 км) устроили и испытали опытный участок со слоями, между которыми уложена стальная сетка «ДОРКАРС» по технологии «САДЭМС».

Погрешность проверочного расчета (–3,32%), по абсолютной величине, меньше допустимого значения ±5% (ГОСТ 32729–2014). Это подтверждает в конкретных условиях натурных испытаний (с учетом температуры слоев, режима нагружения и сроков формирования битумосодержащих слоев) правильность рассчитанных по методике ОДМ 218.3.041–2020 модулей упругости армирующего слоя и верхнего армированного асфальтобетонного слоя и достаточно высокую степень сцепления между ними. Также нашел подтверждение рассчитанный модуль упругости нижнего армированного асфальтобетонного слоя с понижающим коэффициентом 0,9. Понижающий коэффициент говорит о снижении армирующего эффекта в нижележащем слое в результате его более низкого сцепления с армирующим слоем.

Свою лепту в повышение прочности дорожной одежды вносит технология Superpave — метод проектирования составов асфальтобетонных смесей для дорожных покрытий с повышенными эксплуатационными свой­ствами. Данная технология, разработанная в США, стала результатом многолетних исследований по увеличению срока службы асфальтобетонных покрытий. Разработчики метода Superpave считают возможным получить покрытие, устойчивое к образованию колеи, низкотемпературной сетки трещин и усталостному разрушению. Данная технология в рамках реализации задачи увеличения сроков службы асфальтобетонных покрытий до 24 лет без капитального ремонта внедряется и в нашей стране.

Кардинально изменились не только стандартные методы испытаний, но и подход к нормированию показателей качества битумных вяжущих для асфальтобетонных смесей, проектируемых по рекомендациям Superpave. Марка битумного вяжущего определяется интервалом работоспособности (PG Grade) между двумя температурами испытания, соответствующими минимальной и максимальной расчетным температурам асфальтобетонного покрытия в рассматриваемом регионе строительства.

В то же время остаются открытыми вопросы ремонта и содержания дорожных покрытий, устроенных по технологии Superpave во время их эксплуатации, в частности обеспечения своевременности и эффективности приготовления ремонтных смесей в весенний период для ямочного ремонта.

Одним из направлений решения этой проблемы является возможность разработки материалов и технологий складируемых влажных холодных асфальтобетонных смесей со сроком хранения в буртах до нескольких лет.

Например, в рамках нацпроекта «Безопасные качественные дороги» в Оренбургской области отремонтировали свыше 200 км автодорог с применением метода Superpave.

Особый состав минеральной части и битумного вяжущего асфальта по данному методу требовал отработки условий для качественного диспергирования битума. Асфальтобетонная смесь приготавливалась следующим образом: щебень и песок с температурой 15 ºС подавались по имеющейся линии с отключенной форсункой сушильного барабана на весовой дозатор, а затем в мешалку, твердый эмульгатор в виде минерального порошка с температурой 15 ºС дозировался и поступал в мешалку, куда при непрерывном перемешивании вводили воду с температурой 14 ºС в объеме 8% до получения консистенции, похожей на цементобетонную смесь. Далее подавался битум с температурой 145 ºС.

В процессе перемешивания битума с увлажненной минеральной смесью битум распался на частицы сферической формы со средним диаметром около 1 мкм. Готовая смесь имела температуру 25 ºС, выгружалась в ковш погрузчика и доставлялась к месту производства работ.

Асфальтобетонная смесь с дисперсным битумом по цвету, консистенции и удобоукладываемости представляла рыхлую рассыпчатую массу, аналогичную асфальтовой смеси горячего приготовления, и применялась для строительства экспериментальных участков покрытия. Далее рабочая смесь выгружалась на спрофилированное и уплотненное сухое щебеночное основание без подгрунтовки и распределялась тыльной стороной ковша погрузчика слоем толщиной 6–7 см.

Выгрузка и распределение смеси осуществлялись без затруднений, налипания смеси на поверхность ковша не наблюдалось. Уплотнение выполнялось непосредственно после укладки асфальтобетонной смеси колесами погрузчика за четыре прохода по одному месту.

Движение транспорта открывалось сразу после уплотнения. Колеса автомобилей не оставляли следа на покрытии.

Смесь с дисперсным битумом в широком интервале температур (от минусовых до плюсовых) длительное время сохраняет технологические и функциональные свой­ства. В условиях, исключающих испарение воды, смесь может храниться несколько лет, что указывает на целесообразность применения смесей с дисперсным битумом для ямочного ремонта.

Выполненные работы показали реальную возможность производства асфальтовых смесей с дисперсным битумом, запроектированных по методу Superpave.

Валерий Васильев

Фото автора и ФАУ «РОСДОРНИИ»