Актуальность внедрения инновационных технологий и материалов в дорожном строительстве России в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений.
Использование прогрессивных решений позволяет решить проблемы уменьшения стоимости и сокращения сроков строительства дорог при одновременном повышении их надежности и обеспечении всесезонности эксплуатации.
Высокий эффект дает применение щебня кубической формы фракций 3–5, 5–10 и 10–14 мм. Этот материал получают в результате дробления и отсева на специальных дробильных узлах. Кубическая форма достигается на 85%, что позволяет при укладке и уплотнении получать покрытие, устойчивое к сколам, трещинам и деформациям.
Преимущества асфальтобетона с кубическим щебнем: построенные автомагистрали соответствуют 1-й категории; долговечность покрытия в три раза выше, чем у традиционного асфальта; материал противостоит образованию колей под воздействием интенсивных нагрузок в условиях высоких температур; достигается экономия щебня на 20%, битума на 35% и высокая степень уплотнения асфальтобетонной смеси при уменьшении количества проходов катка; общие трудозатраты на строительство сокращаются на 40%.
При передвижении автотранспорта снижается шум колес и увеличивается коэффициент сцепления шин на 35%, увеличивается сопротивляемость сдвигу верхнего слоя в местах торможения на перекрестках и остановках. Специально для северных районов, где под воздействием отрицательных температур покрытие теряет пластичность, а также трескается вследствие нагрузок, СоюздорНИИ разработал ТУ‑5718.030.0139369–99.
Строительство дорог по новым технологиям предусматривает применение асфальтобетона и щебеночно-мастичных смесей на основе кубовидного щебня из габбродолерита и стабилизированного битума. Специальные полимерные добавки позволяют покрытию сохранять пластичность при температуре до ‒20 °C. Показатель морозостойкости такого основания F‑400 ‒ выдерживает 400 циклов замораживания и оттаивания.
Впервые данную методику применили при строительстве автотрассы 1-й категории «Дон». Высокоподвижный самоуплотняющийся бетон (фибробазальтовый шлакощелочной бетон) с показателем морозостойкости F‑300 разработан учеными Военного инженерно-технического университета Санкт-Петербурга. В состав бетона на этапе смешивания компонентов постепенно вводится базальтовая фибра, выполняющая роль арматуры. Армированная смесь отличается высокой прочностью, а повышенное содержание щелочи увеличивает коррозионную устойчивость в условиях кислотного воздействия
Суть еще одной отечественной технологии состоит в том, что основа дорожного покрытия ‒ грунт, который перед уплотнением поливается водным раствором стабилизатора ANT с минеральными добавками. В процессе прохождения вальцевым катком происходит уплотнение грунта с высоким цементирующим действием. Это подготовительный этап плотного основания для последующей укладки асфальта толщиной 3–5 см. При значительной экономии дорогостоящего асфальтобетона дорога способна выдержать нагрузку до 10 тонн на ось. При необходимости можно увеличивать слой износа, адаптируя покрытие под большие нагрузки.
Стоимость таких дорог на 30% дешевле, чем простая укладка асфальта, да и сроки строительства сокращаются в разы. Новая технология строительства нередко применяется для организации временных грунтовых дорог и строительных площадок, что исключает деформирование и пыль при проезде автотранспорта. Стабилизатор грунта нетоксичен и не приносит вред почве. Компакт-асфальт, или «двухслойный асфальт», отличают надежность и эффективность. Компакт-асфальт показал отличные результаты. Верхний слой (2 см) с повышенным содержанием вяжущего особо износоустойчив. Нижний крупнозернистый ‒ устойчив к деформациям. Главной проблемой при разработке стало сцепление слоев, так как в этом месте возникают максимальные сдвиговые нагрузки. Поэтому главная особенность заключается в технике укладки, для которой применяется асфальто-укладочный комплекс. Пласты ложатся одновременно за один проход (горячий по горячему). Уплотнение производится за несколько проходов катком. Высокая теплоемкость толстого нижнего слоя продлевает остывание, что позволяет достичь высокой плотности и надежного сцепления.
Общепринятым вяжущим при строительстве и ремонте дорог является нефтяной битум. Технология подразумевает его использование в состоянии наименьшей вязкости, которое достигается разными средствами, в числе которых — получение битумной эмульсии в присутствии специальных эмульгаторов. Способ с применением битумной эмульсии не требует нагревания и может использоваться для работы с холодными и даже влажными материалами. Это позволяет значительно сократить энергетические расходы — до 40% в сравнении с технологиями, использующими нагрев.
Главная цель использования битумных эмульсий — повышение качества, технологичности и скорости выполнения дорожных работ. Битумные эмульсии обладают целым рядом полезных свойств и характеристик, среди которых: гарантия хорошего сцепления с поверхностью минерального материала; равномерное распределение по всей площади обрабатываемой поверхности; возможность разлива на влажные поверхности; варьирование качественных показателей в зависимости от вида работ; низкая энергоемкость; безопасность в применении.
В дорожной отрасли наибольшее распространение получили прямые эмульсии — благодаря своей универсальности. От обратных эмульсий их выгодно отличает большая технологичность — они имеют более низкую вязкость и лучшие показатели сцепления с минеральными материалами. Интерес представляет самоисцеляющийся асфальт. На этапе укладки его насыщают токопроводящими волокнами.
Если начинает образовываться трещина, через волокна пропускается электрический ток в непосредственной близости от дефекта. Ток генерирует внутреннее тепло, расплавляя битум — он склеивает обе поверхности трещины. Изюминка другого похожего покрытия состоит в том, что в состав асфальта включили мелкие частицы железа и подвергли их воздействию переменного магнитного поля. Даже самая современная трасса требует обслуживания. В среднем через 8–10 лет возникает необходимость капитального ремонта. Технология превентивного содержания дорожных одежд — Сларри-Сил (Slurry Seal) позволяет избежать капитального ремонта. Применяя ее каждые 4–5 лет, можно значительно удешевить содержание дороги.
Сларри-Сил представляет смесь выборного щебня, вяжущей битумной эмульсии, мелких наполнителей и некоторых специальных добавок, пропорции которых определяются в лабораториях. При добавлении воды смесь становится готовой к эксплуатации. Суть производства работ заключается в образовании тонкого слоя износа путем холодного литья эмульсионноминеральной смеси. Нанесение раствора производится на готовую асфальтовую поверхность распылителем, который подведен к смешивающему блоку. Это очень удобно: можно нанести раствор равномерно на одну полосу дороги за один раз. Благодаря распылителю смесь наносится одинаковым по ширине слоем на дорожные перекосы, высокие участки дороги и склоны. При этом «Сларри-Сил» применяют, если полотно еще находится в удовлетворительном состоянии и не имеет явных признаков разрушения. Метод можно сравнить с нанесением защитной пленки на экран мобильного телефона.
«Сларри-Сил» останавливает процесс старения, за очень короткий срок восстанавливает эксплуатационные характеристики и не снижает сцепление дороги с колесами автомобилей. Технология покрытия асфальта «Микросюрфейсинг» появилась в результате совершенствования технологии «Слари Сил». Отличия между ними заключаются в том, что для изготовления первого варианта используется щебень более высокого качества, смесь быстро твердеет, уровень когезии, формирующейся смеси намного выше, чем у его предшественника, и разница в ширине слоев — толщина поверхностей технологии «Микросюрфейсинг» достигает 20 мм, когда как для «Сларри-Сил» толщина 15 мм является пределом. Технология «Чип Сил» (Chip Seal) предусматривает шероховатую поверхностную обработку с распределением вяжущего и собственно щебня «Чип Сил» для восстановления защитных свойств дорожного покрытия.
Такой подход позволяет получить относительно прочный слой износа, имеющий ровную шероховатую поверхность с хорошими сцепными свойствами антибликовым эффектом. «Чип Сил» заполняет и герметизирует микротрещины, ограничивает доступ воды к верхнему слою асфальтобетона и в конечном счете позволяет избежать необходимости замены асфальта в случаях, когда существующее покрытие еще не совсем износилось.
Технология «Новачип» позволяет укладывать тонкие слои асфальтобетона по горячей технологии, обеспечивая при этом надежное сцепление со старым покрытием. Применение этого способа позволяет избавиться от недостатков традиционных поверхностных обработок, а также делает возможным нанесение надежных верхних слоев износа без глубокого фрезерования старой поверхности дорожного покрытия. За счет этого можно избежать наращивания слоев асфальта. Кроме того, влажность поверхности старого покрытия отнюдь не препятствует укладке, что позволяет проводить ее не только в сухое теплое время года.
Благодаря современным материалам можно совершить прорыв в дорожной отрасли. В частности, у ультрасверхвысокопрочного бетона Ductal прочность на сжатие (130–250 МПа) почти в 10 раз больше, чем у бетона обычных марок. Элементы из такого материала получаются в несколько раз тоньше по сравнению с аналогами из обычного бетона. Это позволяет экономить на логистике, монтаже и значительно снижать массу сооружений.
В строительстве объектов транспортной инфраструктуры бетон UHPC (ultra high performance concrete) сходный по свойствам Ductal широко применяют для мостовых конструкций, так как его показатель пористости — один из самых низких среди искусственных минеральных материалов. Плюс материал стойко выдерживает «агрессию» со стороны окружающей среды, химических веществ, высоких температур горения, почти не подвержен абразивному износу. Успешно применяют технологию «снежных» труб. В структуру дорожного полотна встраиваются коммуникации, по которым идет горячая вода. Температура трубы достаточна, чтобы растопить снег. Особо загруженные и важные трассы дополнительно подогревают циркулирующей горячей водой. Хорошие перспективы применения специальной краски для разметки дорог. С наступлением темноты она начинает светиться. Также в ее состав включили компонент, который реагирует на снижение температуры: как только она снижается до 0 °C (дорога становится скользкой), на разметке появляются снежинки, предупреждающие водителей об опасности. Состав успешно прошел испытания и готов к широкому использованию.
Анализ современного опыта дорожного строительства работ показал, что стабилизация почвы и переработка ее поверхностного слоя на глубину 25–40 см осуществляется при помощи полимерных стабилизаторов. Их использование помогает сформировать монолитное покрытие, характеризующееся следующими показателями: морозостойкостью и водостойкостью; низкой подверженностью к деформациям; сниженной подверженностью к возникновению трещин.
Все большее признание находит технология пропитки асфальтобетонного покрытия. Известно, что вода разрушает асфальтобетонное покрытие, а битум в его составе теряет пластичные свойства, через поры и микротрещины проникает вода, в осенний и весенний период при переходе через 0° происходит шелушение, выкрашивание асфальтобетона. Полимерная пропитка отличается простотой применения, быстрым высыханием (движение открывается через три часа после применения), уменьшением водонасыщения и пористости на 30–35% по сравнению с необработанным асфальтобетонным покрытием, стойкостью к солевым растворам, кислотам, щелочам, бензинам и маслам. Наряду с этим предотвращается старение асфальтобетона и возникновение эрозии, а на поверхности покрытия и полного отвердения образуется тонкое покрытие, препятствующее проникновению воды и газов, защищает от ультрафиолетового и инфракрасного солнечного излучения.
Полиакрилонитрильная и углеродная фибра (фибробетон), измельченная для микродисперсного армирования цементной матрицы бетона, также обладает рядом достоинств. Среди них: повышение предела прочности при сжатии от 40 до 200%; увеличение водостойкости до 50%; улучшение сдвигоустойчивости по коэффициенту внутреннего трения от 10 до 20%; повышение сцепления при сдвиге при температуре от 50 до 70%; рост предела прочности при растяжении при расколе от 20 до 40%; уменьшение колееобразования в два раза; увеличение межремонтных сроков на 30–50% и сокращение расходов на ремонт на 40%.
Проект PlasticRoad предусматривает создание дорожного покрытия из переработанного пластикового мусора. Из него создаются сборные дорожные детали, из которых монтируется покрытие. Сборное производство и малая масса делают монтаж конструкции PlasticRoad достаточно простой задачей. Укладка таких дорог занимает в 2–3 раза меньше времени, чем асфальтовых, их можно построить всего за несколько недель. Также гораздо легче контролировать их качество. Пластик устойчив, при его применении появляются возможности для генерации альтернативной электроэнергии, создания обогреваемых дорог, уверены разработчики.
Кроме того, детали PlasticRoad имеют полое внутреннее пространство, которое может использоваться для прокладки кабелей и труб. Дороги из пластика, по утверждению их создателей, будут более дешевыми, экологичными и прослужат не менее 80 лет. Разработчики уверены, что пластик выдерживает температуру до +80 °C и не накапливает тепло. Кроме того, в деталях PlasticRoad предусмотрены специальные полости, которые могут использоваться для прокладки кабелей и труб. Использование полимерных материалов позволяет очень просто и с небольшими расходами решить вопрос прокладки автомагистралей, строительства аэродромов и паркингов. Такой подход дает возможность возведения надежных, устойчивых и непыльных грунтовых дорог, усиления полотна при создании дорог на ненадежных и слабых грунтах, продления срока службы покрытия.
Валерий Васильев
Фото автора