Поверхностная обработка дорожного покрытия. Поверхностная обработка. Конструкции шероховатых слоев поверхностной обработки Способы поверхностной обработки

Поверхностная обработка - это технологический процесс сооружения слоев износа замыкающего слоя покрытия или создание шероховатой поверхности путем розлива вязкого битума и россыпи по нему прочных каменных материалов размерами 5...25 мм.

Одиночная поверхностная обработка устраивается на покрытиях из асфальтобетонной смеси типов В и Д всех марок, типов Б и Г марок II и III , а также на покрытиях, устраиваемых по методу пропитки или из грунтов, обработанных органическими (неорганическими) вяжущими материалами.

Поверхностная обработка выполняется по чистому, сухому и незапыленному покрытию при температуре воздуха не ниже + 15 ° С.

В качестве вяжущего материала применяется вязкий битум марок БНД (БН) 60/90, БНД (БН) 90/130, БНД (БН) 130/200, а минерального материала - щебень, преимущественно кубовидной формы фракций 5...10, 10...15, 15...25 мм из горных трудношлифуемых пород прочностью не ниже 120 МПа. Щебень должен быть чистым, без пыли и грязи.

Температура розлива битума марок БНД (БН) 60/90, БНД (БН) 90/130 - 130...160 ° С, марок БНД (БН) 130/200 - 100...130 ° С.

Более качественная поверхностная обработка производится с применением черного щебня фракций 10...15, 15...20 мм. Черный щебень укладывается битумощебнераспределителем типа РД-701 полосой 3,5 м с технической производительностью до 4000 м 2 /ч.

Однако оба эти способа поверхностной обработки имеют существенные недостатки.

1. Щебень, трудношлифуемый, кубовидной формы, прочностью 120 МПа, является дефицитным материалом.

2. Недостаточный срок службы, высокий уровень шума транспорта, интенсивный износ покрышек.

3. Вырванные зерна щебня снижают безопасность движения транспорта, особенно, при попадании в лобовое стекло.

Поверхностная обработка из песчано-резинобитумной смеси устраняет вышеперечисленные недостатки, исключает сдвиговые деформации и улучшает эксплуатацию дороги зимой.

Смесь можно готовить на обычных установках АБЗ с добавлением агрегата для подачи резиновой крошки в смеситель.

Состав смеси:

песок речной фракции 0,5 мм - 78 %;

минеральный порошок (зола уноса) - 15 %;

дробленая резина размером 0...1,5 мм - 7 %;

битум вязкий марок БНД 60/90, БНД 90/130 - 11,5 % от общей массы.

Песок, нагретый до 220 ° С, минеральный порошок, резиновая крошка перемешиваются в течение 30 с.

Далее в бункер подается битум с температурой 150... 160 ° С и смесь перемешивается в течение 1 мин. Готовая смесь с температурой 160... 170 ° С укладывается асфальтоукладчиком (битумощебнераспределителем) толщиной слоя 1,0...1,5 см по подгрунтованному покрытию жидкими битумом СГ (МГ) 70/130 из расчета 0,5...0,8 л/м 2 .

Уплотнение щебня (смеси) выполняется тяжелыми катками массой 10...18 т за 4...6 проходов по одному следу.

Повышения шероховатости и уплотнения покрытия можно добиться путем втапливания черного щебня в свежеуложенный верхний слой покрытия из малощебенистой или песчаной смеси - сайт. Верхний слой покрытия предварительно подкатывается самоходным катком массой 6...8 т за 2...4 прохода. Щебень распределяется щебнераспределителем из расчета:

фракции 5...10 мм - 12...14 кг/м 2 ,

фракции 10...15 мм - 15...17 кг/м 2 и фракции 15...20 мм - 18...21 кг/м 2 .

Втапливание черного щебня в верхний слой покрытия производится самоходным катком массой 6...8 т за 2...4 прохода. Дальнейшее уплотнение верхнего слоя покрытия выполняется тяжелыми катками массой 10...18 т за 12...18 проходов.

При устройстве поверхностной обработки с использованием вспененного битума применяют те же самые марки битума и щебня. Вспененный битум представляет собой конгломерат, состоящий из пузырьков воздушно-паровой смеси, стенки которых состоят из пленок битума. Вспенивание происходит при подаче в битум воды в количестве 1.... Оптимальное количество воды определяется опытным путем для каждого конкретного случая. Поверхностную обработку с применением вспененного битума устраивают при температуре воздуха не ниже +10 °С.

Розлив вспененного битума производится автогудронатором или битумощебнераспределителем типа РД-701, дооборудованным системой вспенивания.

Преимущества применения вспененного битума:

улучшение качества розлива (слой более тонкий, сплошной, равномерный по толщине);

уменьшение расхода вяжущего;

возможность разливать вяжущее при влажной погоде;

лучшая адгезия с каменным материалом и покрытием.

Температура битума при заливе в емкость 170...190 ° С, а при розливе 150...170 ° С.

Машина РД-701 может работать в режиме розлива битума с одновременной россыпью щебня, либо эти операции выполняются самостоятельно, раздельно. При перерывах в работе с подачей щебня за 2...3 м до остановки битум перекрывается, остатки из системы стекают и засыпаются щебнем.

Вслед за РД-701 бригада из 4...5 дорожных рабочих исправляет возникающие дефекты поверхностной обработки. Укатка выполняется катками массой 10...13 т за 3...5 проходов со скоростью 2...4 км/ч.

На дорогах с интенсивным тяжелым движением транспорта в качестве износа устраивают шероховатые слои толщиной 1,5, 2,0, 2,5 см из горячих щебеночных (50...85 % щебня) асфальтобетонных смесей по подгрунтованному покрытию жидким битумом из расчета 0,3...0,5 л/м 2 . Смесь распределяется асфальтоукладчиком и уплотняется при температуре 120...140 ° С катками массой до 9 т на пневмоходу за 8...12 проходов и тяжелыми гладковальцовыми катками массой 10...18 т за 6...10 проходов. Расход смеси зависит от крупности щебня и составляет от 30 до 60 кг/м.

Двойная поверхностная обработка применяется при значительных повреждениях асфальтобетонных и цементобетонных покрытий.

Щебень, не обработанный вяжущими материалами, допускается применять на дорогах при интенсивности движения транспорта не более 1000 авт./сут.

К устройству поверхностной обработки на старых покрытиях приступают после устранения всех повреждений и деформаций (выбоин, просадок и т.д.) тщательной очистки покрытия от пыли и грязи. Технология строительства различных видов поверхностной обработки покрытия изложена в табл. 61, 62, и рис. 17, возможные недостатки и способы их устранения в табл. 63.

Таблица 61

Технология устройства одиночной поверхностной обработки покрытия с применением различных материалов и машин

Примечание. Розлив битума по норме 1…1,3 л/м 2 производится по фракциям белого щебня, а по норме 0,8...0,9 л/м 2 - по фракциям черного щебня.

Таблица 62

Технология устройства двойной поверхностной обработки покрытия с применением различных материалов и машин

Примечание. Расход битума (1,0...1,6), (0,8...0,9) л/м 2 предусмотрен для белого щебня, а (0,8...0,9), (0,6...0,7) л/м 2 для черного щебня.

Таблица 62

Недостатки и способы их устранения при устройстве поверхностной обработки покрытия

Контроль качества работ

1. Проверяют температуру битума в каждом автогудронаторе.

2. Постоянно проверяют однородность и чистоту щебня, равномерность распределения битума и щебня на покрытии.

3. Не реже одного раза в смену проверяют сцепление вяжущего материала с поверхностью зерен щебня по ГОСТ 12801-84.

Поверхностная обработка состоит в том, что на укатанное и подготовленное, очищенное от пыли дорожное покрытие разливают тонким слоем горячий битум, по которому распределяют каменную мелочь (или крупный песок).

Толщина одиночной поверхностной обработки 1-1,5 и двойной 2,5-4 см. На поверхности дороги создают ровный водонепроницаемый слой с достаточной сопротивляемостью износу и шероховатой поверхностью, обеспечивающей хороший тормозной эффект. Для поверхностной обработки применяют вязкие битумы БНД 130/200 и БНД 200/300, имеющие рабочую температуру 90-150° С, и жидкие битумы МГ 130/200 и СГ 130/200, разогреваемые до температуры 80-100° С.

Технология производства одиночной поверхностной обработки включает следующие операции: подготовку поверхности покрытия для поверхностной обработки (ремонт, исправление поперечного профиля и очистка поверхности от грязи и пыли); предварительный розлив жидкого вяжущего (0,5 -0,8 л/м 2) на покрытие, устроенное без применения черных вяжущих; основной розлив вяжущего по поверхности покрытия с расходом битума (дегтя) 0,7-2,4 л/м 2 ; россыпь в разлитый слой горячего битума минеральных материалов размером 3-15 мм (мелкий щебень, гравий, крупный песок); укатку слоя поверхностной обработки.

Покрытия, на которых предполагается поверхностная обработка, не должны иметь поперечных уклонов свыше 30‰. При большем уклоне их необходимо смягчить с использованием, например, смеси песка с битумом. Покрытия перед поверхностной обработкой следует очистить механическими щетками, подметально-уборочными или поливочно-моечными машинами (2-3 прохода). Покрытия из укрепленных грунтов очищают от комков и пластов засохшей грязи проходами легких грейдеров, при этом металлические щетки следует применять очень осторожно, чтобы не повредить верхний слой укрепленного грунта.

Особенно тщательной очистки требуют поверхность и швы мостовых. На поверхности покрытий, устроенных без черного вяжущего (в частности, гравийных), почти всегда остается некоторое количество пылеватых частиц, которые могут вызвать отслаивание поверхностной обработки от покрытия. Во избежание этого следует создавать слой контакта в виде предварительного розлива, который по возможности лучше делать за 1-2 сут до основных работ. При этом жидкие битумы в теплую погоду можно применять без подогрева.

Вяжущие обычно разливают автогудронатором. Перед розливом их подогревают до рабочей температуры, указанной выше. Через 20-30 мин после розлива слой жидкого битума или дегтя следует засыпать минеральным материалом, в качестве которого лучше всего применять щебень из твердых пород камня; хуже - гравий и крупный песок.

В условиях лесхозов (леспромхозов) приходится применять любой прочный материал, включая дробленые доменные шлаки. Наибольший размер частиц не должен превышать толщину слоя вяжущего более чем на 5 мм. Если сразу после укатки слоя износа идет дождь или наступает похолодание, участок следует закрыть для движения до полного просыхания и последующей укатки. Для лучшего прилипания битума к минеральному заполнителю следует добавлять 1-3% гашеной извести. Минеральный материал удобно рассыпать с помощью навесных распределителей к самосвалам или имеющихся в совхозах, колхозах и отделениях «Сельхозтехники» распределителей минеральных удобрений.

Автомобиль с минеральным материалом должен двигаться задним ходом, при этом колеса должны находиться на рассыпанном слое каменной мелочи. Сразу после распределения минерального материала (до застывания вяжущего) начинают укатку. Обычно используют достаточно тяжелые катки (5-8 т), однако они не должны раздавливать куски минерального материала; при использовании слабых материалов укатку следует выполнять более легкими катками. Хорошие результаты получают при работе катков на пневматиках (любого веса). Окончательную укатку и формирование слоя поверхностной обработки осуществляют под воздействием движущихся машин примерно в течение месяца. При двойной поверхностной обработке после укатки 1-го слоя все остальные операции повторяют.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Способ поверхностной обработки наиболее широко применяют при строительстве слоев защитных и износа. Для этого по подготов­ленному основанию разливают вяжущее, затем рассыпают тонким слоем минеральный мелкозернистый материал и катками втапливания его в слой разлитого вяжущего. Постепенно под влиянием солнечной радиации вяжущее обволакивает весь минеральный ма­териал. Таким образом, заканчивается формирование слоя, кото­рый может служить и тонкослойным покрытием.

Поверхностная обработка может быть двойной и тройной, если указанные операции будут повторены. Толщина слоя одиночной поверхностной обработки 1,5-2,5 см, двойной достигает 3-4, трой­ной- 5 см. Число обработок зависит от типа и качества слоя, на котором устраивают поверхностную обработку, ее назначения.

Для лучшей связи поверхностной обработки с основанием или покрытием их тщательно очищают от пыли и грязи. Не всегда удается полностью удалить пыль и рыхлые продукты износа по­крытия, особенно на щебеночных и гравийных основаниях и покры­тиях. Чтобы эти пылеватые частицы не снижали сцепления поверх­ностной обработки со слоем, на который ее укладывают, предвари­тельно разливают вяжущее, т. е. делают подгрунтовку. Назначение этого розлива - связать пылеватые частицы и слегка пропитать слой, на котором будет уложена поверхностная обработка. Для подгрунтовки используют жидкие битумы, густеющие со средней скоростью (СГ15/25, СГ 25/40), медленногустеющие (МГ 25/40), каменноугольные дегти (Д-1, Д-2) и быстрораспадающиеся эмульсии.

Для поверхностной обработки с учетом дорожно-климатической зоны применяют нефтяные вязкие дорожные битумы БНД 200/300 и БН 200/300, БН 130/200 и БНД 130/200 и БНД 90/130 (ГОСТ 22245-76); нефтяные жидкие битумы (ГОСТ 11955-74), СГ 40/70, СГ 70/130 и СГ 130/200; каменноугольные дегти (ГОСТ 4661-76) и Д-5 и Д-6. Более вязкие материалы применяют в южных дорожно-климатических зонах, менее вязкие - в северных. Пригодны также прямые дорожные эмульсии, изготовленные на вязких битумах, при этом в северных климатических зонах, II и даже III желательноиспользовать только катионные эмульсии, вюжных можно и анионные. Каменноугольные дегти желательны в нижних слоях и совершенно не допустимы в верхних слоях в населенных пунктах.

В качестве минерального материала служит мелкий щебень (до 25 мм) высокопрочных горных пород (по износу И-1 и реже И-2), равноценные ему щебень из кислых доменных и сталеплавильных шлаков и дробленый гравий. Материал подбирают по крупности с учетом назначения и вида поверхностной обработки.

Если поверхностная обработка предназначена служить в каче­стве облегченных усовершенствованных покрытий и нижнего слоя двойной или тройном обработки, применяют щебень размерами О-15, 0-20 и 0-25 мм. На дорогах ІІ и III категорий для верхне­го слоя и одиночной поверхностной обработки используют щебень и дробленый гравий размерами 5(3) -10, 5(3) -15, 15-25 мм без высевок. Из такого материала получают плотные, но гладкие слон. Для строительства специальных поверхностных слоев износа по способу одиночной поверхностной обработки на усовершенствован­ных покрытиях применяю! однородный по размерам щебень 10 - 15, 15-20 или 20-25 мм.Крупные зерна должны отличаться от самых мелких не более, чем на 5 мм, за рубежом - не более, чем 2 мм (применяют щебень размерами 8-10, 10-12 мм), т. е. более одно­мерный с узкими пределами крайних размеров.

Требования к однородности материала по предельным разме­рам основаны на опыте службы поверхностной обработки. После окончания работ по устройству поверхностной обработки даже укатка не дает прочною объединенного слоя надо, чтобы все ще­бенки прочно прилипли гранями к разлитому вяжущему. При одно­родном щебне, рассыпаемом в один слой (рис. 86), этого можно

достигнуть. В разнородном материале всегда найдутся мелкие зер­на, которые будут сверху и не получат должного сцепления с биту­мом (рис. 87). Под воздействием касательных усилий колес авто­мобилей эти щебенки вырываются и вылетают в стороны, покрытие получается неровным и необходимы дополнительные, проводимые вручную, работы по их заметанию с обочин на покрытие. Вылетаю­щие из-под колес щебенки опасны, травмируют проезжающих и пе­шеходов, разбивают стекла у автомобилей. Поэтому на участках с законченной поверхностной обработкой ограничивают движение, ставя плакаты «Не превышать скорости 10(20) км - разобьешь стекло». Формирование поверхностной обработки, пока не переста­нет вылетать щебень, даже в сухую теплую погоду продолжается до 2 недель. Это вызывает на значительном протяжении дорог ограничение скорости, следовательно, снижение производительно­сти автомобильного транспорта. Поэтому стремятся ускорить фор­мирование поверхностной обработки, повышая эффективность вя­жущих, добавляя к ним минеральный порошок, активаторы (из­весть и цемент), ПАВ (каменноугольные, древесные, торфяные, буроугольные и сланцевые дегти и смолы, а также различные анион­ные и катионные добавки).

Добавка активаторов к щебню для улучшения сцепления его с вяжущим составляет 2-3% массовой доли. ПАВ добавляют в би­тум при его подогреве перед розливом; массовая доля их 5-15%. Расход битума соответственно сокращается. Улучшения сцепления достигают применением щебня, предварительно - обработанного вяжущим в установке. Для этого используют жидкие битумы СГ 70/130 и СГ 130/200, деготь Д-6 и дорожные эмульсии. Для облег­чения сцепления вяжущего с минеральным материалом в северных районах обязательно применение щебня, предварительно обрабо­танного битумом или дегтем в массовой доле 1,5-2%.

Работы по устройству поверхностной обработки проводят в су­хую теплую погоду. Температура воздуха при применении вязких битумов должна быть не ниже 15° С, жидких битумов и дегтей - не ниже 10° С, эмульсий - не ниже 5° С. Если используют обратную катионную эмульсию, в крайних случаях можно проводить поверх­ностную обработку при температуре от 0 до 5° С. При нижнем пре­деле температуры работы проводят весной с учетом того, что в даль­нейшем температура воздуха повысится. Осенью работы заканчи­ваются за 15-20 дней до наступления дождливого и холодного периода, когда температура воздуха становится ниже указанных пределов, чтобы формирование поверхностной обработки закончи­лось в год ее устройства. В целях сокращения расстояний перевоз­ки все материалы заготавливают и развозят заранее по базам, на которых имеются хранилища вяжущих, котлы для их подогрева и приготовления, склады для дополнительных материалов к ним, площадки для щебня. С учетом времени и источников получения материалов, в первую очередь вяжущих, базы располагают при станциях, на которые они поступают, вдоль дороги через определен­ное расстояние. Месторасположение баз устанавливают технико-экономическими расчетами с тем, чтобы расстояния перевозки осо­бенно автогудронаторами, не превышали 20 - 25 км.

Организация работ по устройству поверхностной обработки тре­бует проведения подготовительных работ, которые включают орга­низацию битумных баз и складов, подготовку дороги (ограждение рабочей зоны, установку дорожных знаков и подготовку основа­ния). Основанию придают поперечный профиль, соответствующий требуемому профилю покрытия или слоя износа в готовом виде. При этом могут потребоваться ремонтные работы по заделке разру­шенных мест и укладке местных выравнивающих слоев. Перед на­чалом этих работ основание тщательно очищают от грязи и пыли щеточными и поливо-моечными машинами. Но после этого основа­ние необходимо осушить дорожными сушилками и разогревателями инфракрасного излучения или выждать, пока вода испарится под влиянием солнечной радиации.

Очистку от пыли проводят установками, сдувающими ее в сто­рону, там где это возможно, или, наоборот, всасывающими пыль. Когда нет уверенности в беспыльности основания, производят под-грунтовку с расходом вяжущего в пределах 0,5 - 0,6 л/м 2 . Если ав­тогудронатор не может обеспечить такую норму розлива, применя­ют эмульсии. Эмульсию, содержащую 50% вяжущего, разливают в количестве 1 - 1,2 л/м 2 , что после испарения воды составит 0,5 - 0,6 л/м 2 вяжущего.

После того как подгрунтовка загустеет (лучше на следующий день), приступают к основным работам. Доставленное автогудронатором вяжущее для основного слоя разливают полосами. При работе с автогудронатором производительность рассчитывают по формуле (в т/смену):

где Т - продолжительность смены, ч; К в - коэффициент ис­пользования времени (0,85 - 0,9);А - вместимость автогудронато­ра, т; L - расстояние доставки вяжущего, км; V 1 и V 2 - скорости движения соответственно груженого и порожнего автогудронатора, км/ч; t н - время пребывания автогудронатора на базе, ч; t р - вре­мя на розлив вяжущего, ч (примерно 0,1 - 0,2 ч на 1 т вяжущего).

Для того чтобы равномерно распределить вяжущее и избежать его излишков в отдельных местах, применяют автоматы, которые обеспечивают постоянство расхода материала на единицу поверх­ности покрытия или основания. Расход вяжущего на 1 м 2 обрабаты­ваемой поверхности определяют (в л/м 2):

где Q - расход вяжущего, протекающего по главному трубо­проводу, л; B- ширина полосы розлива, м; V - скорость движения автогудронатора, м/мин.

Учитывая, что В за время опорожнения одного гудронатора остается постоянной, можно считать, что количество вяжущего, приходящегося на 1 м 2 , пропорционально . Система расходомера ХАДИ основана на использовании логометра, измеряющего соотношение двух токов, один из которых пропорционален расходу вяжущего, другой - скорости автогудронатора. Логометр показы­вает удельный расход вяжущего, а его шкала может быть проградуирована в л/м 2 . При движении автогудронатора на определен­ной скорости V, требуемой для заданного соотношения , трубо­провод подает в единицу времени Q вяжущего. При изменении ско­рости немедленно изменяется размер подачи.

Расход вяжущего при одиночной обработке в зависимости от размера минерального материала и назначения составляет от 1 до 2 л/м 2 . Для шероховатых слоев износа на усовершенствованных покрытиях расход не должен превышать 0,5-0,7 л/м 2 , с тем чтобы после окончания формирования слоя битум не выступал на поверх­ность. Автогудронатор Д-61А проводит розлив в количестве 0,3- 0,7 л/м 2 . Если автогудронатор не может обеспечить такую норму, то для получения тонкого слоя вяжущего сзади автогудронатора укрепляют резиновую гладилку, которая равномерно распределяет вяжущее, а излишки сдвигает на соседнюю полосу. Если нельзя обеспечить минимальную норму розлива вяжущего, применяют до­рожные эмульсии.

Расход вяжущего на основной розлив зависит от назначения и толщины поверхностной обработки, размера минерального мате­риала. Расход вяжущего увеличивается при одной и той же толщи­не слоя с уменьшением крупности зерен, а также при применении малопрочного, способного к размельчению при укатке. Для устрой­ства поверхностной обработки на изношенных усовершенствован­ных или переходных (щебеночных) покрытиях расход вяжущего увеличивается на 10%.

Во время розлива вяжущее должно обладать текучестью, чтобы равномерно распределиться по поверхности слоя и лучше обвола­кивать зерна минерального материала. В целях повышения удобообрабатываемости и временного понижения вязкости минеральные материалы подогревают.

При выходе из автогудронатора вяжущее в зависимости от его вида и марки должно иметь рабочую температуру:

Рабочая температура, °С

БНД 200/300, БН 200/300 .............................................................. 80-130

БНД 130/200, БН 130/200 ...........………………………………140-160

БНД 90/130, БН 90/130 ...........………………………………150-170

МГ 40/70, СГ 40/70 .............………………………………………..60-70

МГ 70/130, СГ 70/130 ......................................................................80-90

МГ 130/200, СГ 130/200 .................................................................90-100

Д-5 . . . ..........................................................................80-90

Д-6 . . . ..........................................................................90-120

Рис. .88. Схема разбивки сменной захватки на участки розлива битума и органи­зации работ с автогудронатором:

1- места остановок автоцистерны для заправки автогудронатора битумом (позиции I, І и ІІІ) ; 2 - разбивка оси покрытии (через 25 м); 3 - сигнальные флажки в конце участка роз­лива; 4 - места защитного слоя; 5 - автогудронатор в неполной позиции перед розливом битума. Цифры в кружках - порядковый номер участка розлива.

При введении ПАВнаибольшая температура нагрева вязких битумов не должна превышать 140°С.

Вяжущее разливают автогудронатором сразу на всю ширину проезжей части. При необходимости пропуска движения работы ведут по половинам проезжей части. Длину участка основного роз­лива назначают из расчета, чтобы объем разливаемого вяжущего за один проход автогудронатора равнялся вместимости его цистер­ны. В среднем при ширине 7-7,5 м длина участка (захватки), на котором устраивают поверхностную обработку, должна быть 500-800 м. Перед розливом регулируют рабочие органы автогудронато­ра (распределительные трубы и сопла, насос для подачи битума) с расчетом равномерного расхода вяжущего по заданной норме. Количество вяжущего, разливаемого автогудронатором на 1 м 2 , за­висит от работы насоса и скорости движения. Поэтому скорость ав­тогудронатора при розливе должна быть строго равномерной - не более 7-8 км/ч.

В начале и конце участка, когда автогудронаторы набирает ско­рость и тормозит, может возникать неравномерное распределение вяжущею. Поэтому в начале и конце участка на протяжении 2-3м покрытие закрывают толем, плотной бумагой или песком слоем 1-2 см. После окончания розлива защитные материалы убирают. На участках с продольным уклоном во избежание растекания вя­жущего розливпроизводят при движении автогудронатора на подъем.

На рис. 88 показана схема разбивки сменной захватки на участ­ки розлива битума и организации работы автогудронатора. Немед­ленно после розлива рассыпают минеральный материал; при при­менении эмульсин - не ранее как через 3-5 ч. Для россыпи при­меняют самоходные щсбнеукладчики и распределители каменной мелочи. Целесообразно использовать навесные к автомобилям-са­мосвалам распределители ящичного типа, которые навешивают сза­ди кузова. Автомобиль-самосвал подходит к полосе разлитого вяжущего задним ходом, опрокидывается кузов и постепенно мате­риал высыпается в бункер распределителя, из которого материал ровным слоем поступает на разлитое вяжущее. Автомобиль-само­свал движется задним ходом со скоростью до 10 км/ч по уже рас­сыпанному щебню.

Движение автомобилей по разлитому вяжущему недопустимо, так как оно будет прилипать к колесам, чем нарушится сплошность пленки и слой обработки не сформируется.

Для облегчения работ все автомобили-самосвалы, доставляю­щие щебень, должны иметь подвесные распределители. Если их не­достаточно, после россыпи материала бункерный распределитель оставляют на козлах в конце обработанного участка. Новый груже­ный автомобиль подъезжает к козлам и прицепляет распредели­тель.

Промышленность выпускает самоходные на колесном шасси рас­пределители минерального материала ДС-49, при работе с которы­ми производительность достигает 75 м 3 /ч.

Расход минерального материала зависит от его размера и же­лаемой толщины слоя. Для одиночной обработки расход составит:

Расход, м 2 /10П м 2

Щебень размером до 5 мм …....................................................... 0.55-0.6

» » » 10-25 мм........................................................................1.2-3.0

При двойной обработке расход колеблется от 1,8 до 4.5 м 3 на 100 м 2 поверхности, при тройной от 4,5 до 6,5 в зависимости от размера щебня, выбираемого для каждого слоя.

Прикатку минерального материала производят за 2-3 прохода катка с гладкими вальцами массой 5-8 т, а для одноразмерного щебня достаточно 1-2 проходов по одному следу. Задача прикатки - прижать щебень к вяжущему и распределить его по поверхно­сти основания.

Уход за поверхностной обработкой состоит в наметании сбро­шенных зерен, исправлении сухих мест и углублений, в добавке вя­жущего, а в места с излишком вяжущего - добавке мелкого щебня.

При двойной и тройной обработках отпадает необходимость в подготовке ранее уложенного слоя. В сухую жаркую погоду, ког­да есть уверенность в быстром формировании слоя, последующие слои можно укладывать один за другим. Иногда предпочитают пу­стить движение по первому слою, чтобы выявить слабые места, их исправить и после этого укладывать последующие слои. При двой­ной и тройной обработках щебень должен быть разного размера. Например, для первого слоя 15-20 мм, для второго 10-15 и для третьего, самого верхнего 5-10. Соответственно расход битума ме­няется. Если для первого розлива 1-1,4 л/м 2 , для второго 1 -1,2, для третьего 0,8-1. При устройстве одиночной поверхностной обра­ботки на усовершенствованном покрытии для достижения шерохо­ватой поверхности необходим минимальный розлив вяжущего - 0,5-0,8 л/м 2 . Битум не должен выступать на поверхность покрытия. Его должно хватить только для обволакивания щебня на 2 /з его высоты.

Строительство поверхностной обработки для получения особо шероховатых и износостойких слоев износа возможно с применением специальных острогранных материалов, желательно светоотражающих, например, дробленого стекла, фарфора и т. п.

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:
либо как профилактический слой, который закрывает и предохраняет в плохую погоду основные конструктивные слои дорожных покрытий от преждевременного разрушения;
либо как слой износа, подверженный стиранию в процессе движения, предохраняя наилучшим образом структуру дороги. Такому слою требуется только периодическое обновление для придания структуре дороги ее первоначальных качеств;
либо как верхний слой дорожного покрытия с характеристиками шероховатости, обеспечивающими сцепление и хорошее дренирование поверхностных вод, приводящими к значительному понижению порога аквапланирования и создающими, благодаря повышенному удельному давлению, хорошее сопротивление формированию гололеда.

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:

использовать вяжущее, которое прочно и надолго соединяется с поверхностью покрытия или основания. Это соединение называется парой «вяжущее – основа»;
каменный материал должен быть прикреплен к покрытию или основанию, а каждая щебенка должна быть прочно соединена с соседними. Это взаимодействие называют парой «вяжущее – щебень»;
количество вяжущего должно быть достаточным, чтобы покрыть пленкой каждую щебенку на необходимую высоту и заполнить все микротрещины покрытия, но не быть избыточным, чтобы не выступать на поверхность щебеночного слоя. Это основной принцип дозировки и распределения вяжущего;
каменный материал должен быть чистым, обладать высокими физико-механическими свойствами (прочностью, морозостойкостью, сопротивлением истиранию и др.), иметь определенные формы и размеры. Это основные требования к каменным материалам;
количество каменного материала должно быть достаточным, чтобы создать нужную структуру поверхности, но не быть излишним, чтобы избежать необходимости удаления его. Это принцип дозировки и распределения каменного материала;
каждая щебенка должна занять наиболее стабильное положение, а все вместе должны создавать сплошной монолитный слой с шероховатой поверхностью. Это основной принцип уплотнения.

Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:

все работы по устройству поверхностной обработки должны быть выполнены в наиболее благоприятных условиях погоды. Это принцип назначения сроков выполнения работ;
до начала работ должны быть решены все организационные вопросы, касающиеся поставки материалов, подготовки машин и оборудования. Это принцип организации работ;
в процессе работ должны строго выполняться требования к технологии производства работ и качеству применяемых материалов. Это принцип организации контроля качества.

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.

Требования к материалам
Щебень

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.
Влияние формы щебенок на стабильность их положения
Рис. 1. Влияние формы щебенок на стабильность их положения

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.
Прицепной битумощебнераспределитель БЩР-375 совместного производства ОАО "Строммашина" и фирмы Breining (Fayat Group), Германия
Прицепной битумощебнераспределитель БЩР-375 совместного производства ОАО «Строммашина» и фирмы Breining (Fayat Group), Германия

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.
Вяжущее

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.

Виды поверхностных обработок

Различают несколько видов поверхностных обработок, каждая из которых имеет свою сферу наиболее эффективного применения (рис. 2).

Виды поверхностных обработок
Рис. 2. Виды поверхностных обработок

Однослойная поверхностная обработка с однократным распределением вяжущего и щебня. Применяется для создания шероховатой поверхности и слоя износа дорожной одежды с достаточной прочностью. Это самый распространенный вид шероховатой поверхностной обработки, наиболее подходящий для всех видов движения. Чаще всего она устраивается из щебня фракций 5–10 мм.
Однослойная поверхностная обработка с двойным распределением щебня. На слой нанесенного вяжущего сначала рассыпают крупную фракцию щебня (например, 10–15 или 15–20 мм), прикатывают катком, а затем рассыпают более мелкую фракцию щебня (например, 5–10 мм) и уплотняют. Применяется на дорогах с интенсивным движением и высокой скоростью движения. Такая поверхностная обработка способствует улучшенной герметичности покрытия, устранению мелких неровностей и деформаций, лучше распределяет усилия от колес автомобилей. Особенно эффективно такая обработка работает на хорошем жестком основании.
Двухслойная поверхностная обработка. На первый слой разлитого вяжущего рассыпают крупную фракцию щебня и уплотняют. Затем разливают второй слой вяжущего, рассыпают более мелкую фракцию щебня и окончательно уплотняют. Применяется на покрытиях с недостаточной прочностью, при наличии сетки трещин, ямочности, колей, при высокой интенсивности движения, т.е. 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.
Поверхностная обработка типа «сэндвич». На покрытие рассыпают щебень более крупной фракции, затем распределяют вяжущее, рассыпают щебень мелкой фракции и уплотняют. Структура получаемого слоя поверхностной обработки сравнима с однослойной поверхностной обработкой, устроенной путем розлива вяжущего и двойной россыпью щебня. Такая поверхностная обработка рекомендуется при неоднородном по ровности покрытии для его выравнивания и некоторого усиления. Применяется на дорогах второстепенного, местного значения.

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.

Технология производства работ

Существует два способа устройства поверхностных обработок:

традиционный – с раздельным распределением материалов;
способ с синхронным распределением вяжущего и щебня.

Традиционный способ

Работы по устройству одиночной поверхностной обработки традиционным способом с использованием битумов, дегтебитумов, битумо- и дегтеполимерных вяжущих производят в следующем порядке:

розлив вяжущего;
распределение щебня;
укатка;
уход в период формирования.

Работы по устройству двойной поверхностной обработки производят в такой последовательности:

подготовка поверхности (очистка от пыли и грязи) и ремонтные работы;
первый розлив вяжущего;
первая россыпь щебня;
укатка;
второй розлив вяжущего;
вторая россыпь щебня (между первой и второй россыпью щебня допускается перерыв не более 3–5 суток);
укатка;
уход в период формирования.

Битумощебнераспределитель Chipsealer-19 фирмы Secmair, Франция

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/м2 или битумной эмульсией с расходом 0,5–0,8 л/м2.

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.

Битумощебнераспределитель НР-27 фирмы Savalco

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:

подготовка поверхности (очистка от пыли и грязи) и выполнение в случае необходимости ремонтных работ;
смачивание поверхности водой (в жаркую сухую погоду);
розлив эмульсии по покрытию в количестве 30% нормы;
распределение щебня в количестве 70% нормы;
розлив оставшейся эмульсии (70%);
распределение оставшегося щебня (30%);
укатка;
уход в период формирования.

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.
Технология поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня

Основным отличием новой технологии устройства поверхностной обработки является синхронное, практически одновременное распределение вяжущего и россыпь щебня (рис. 3).
Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов
Рис. 3. Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов

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.

Битумощебнераспределитель Twinsealer фирмы Rincheval (Fayat Group), Франция

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.
Битумощебнераспределитель Twinsealer фирмы Rincheval (Fayat Group), Франция
Битумощебнераспределитель Twinsealer фирмы Rincheval (Fayat Group), Франция

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).
Принципы работы машин для поверхностной обработки
Рис. 4. Принципы работы машин для поверхностной обработки

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:

Chipsealer-40. Это высокопроизводительное оборудование, предназначенное для устройства шероховатых поверхностных обработок в больших объемах. Оборудование Chipsealer-40 монтируется на базе полуприцепа Caizer и обладает полностью автономной системой энергообеспечения. За один цикл загрузки кузова щебнем позволяет выполнять поверхностную обработку на полосе шириной 3,75 м длиной до 800 м за 10 минут.
Chipsealer-26 выполнен на базе российского полуприцепа СЗАП – 9905. В качестве автомобиля-тягача могут использоваться седельные тягачи МАЗ и КамАЗ. Имеет такие же характеристики, как и Chipsealer-40, но меньшие габариты кузова для щебня и резервуара для вяжущего.
Chipsealer-19 – предназначен для выполнения ремонта дорожных покрытий и устройства шероховатых поверхностных обработок в небольших объемах.

Машины типа «Стоппер»

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).
Оборудование машины типа "Стоппер"
Рис. 5. Оборудование машины типа «Стоппер»
1 – теплоизолированный бак для вяжущего;
2 – грейферный ковш для погрузки щебня;
3 – кузов для щебня;
4 – площадка оператора;
5 – распределитель вяжущего;
6 – распределитель щебня;
7 – пневматический каток;
8 – направление движения

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.
Машины для устройства 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:

вместимости цистерны (грузоподъемности);
ширине распределения вяжущего; при этом, как правило, выбирают ширину распределения равной ширине полосы движения дороги или на 5–10 см меньшую.

Распределители щебня различают по:

вместимости (емкости) бункера для щебня;
ширине распределения щебня; при этом, как правило, ширину распределения щебня принимают равной ширине распределения вяжущего;
типу хода (движения): прицепные и навесные базовые машины. Как правило, в качестве базовых машин для прицепных и навесных распределителей щебня используют автомобили-самосвалы.

Для устройства поверхностной обработки методом синхронного (одновременного последовательного) распределения вяжущего и щебня используют битумо-(эмульсие)-щебнераспределители.

Битумощебнераспределители различают по:

ширине обработки, т.е. по соответствию (кратности) этого параметра ширине проезжей части автомобильной дороги;
емкости (вместимости) бака для вяжущего и бункера для щебня;
методу загрузки щебнем, т.е. использованию специальных загрузочных машин для загрузки щебня в бункер или специального самозагрузочного оборудования.

Рис. 6. Выработка машин по загрузке эмульсией и щебнем

На рис. 6 представлены графики выработки (в тыс. м2) всех трех типов машин: автогудронаторов, распределителей щебня и битумо-(эмульсие)-щебнераспределителей при норме розлива битумной эмульсии в 1,4 и 2,1 л/м2 и норме распределения щебня в 10,0 и 15,0 кг/м2. 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.
Совместная работа автогудронатора и прицепного щебнераспределителя ЗАО "Бецема", загружаемого из самосвала
Совместная работа автогудронатора и прицепного щебнераспределителя ЗАО «Бецема», загружаемого из самосвала

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).

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ЩЕБНЯ
Технологии производства высококачественного щебня

Щебень – наиболее широко используемый продукт добычи и переработки нерудных строительных материалов.

Объемы производства щебня в мире превышают 3 млрд. м3 в год. Интересной особенностью щебня как продукта, производимого из природного минерального сырья, является то, что цены на него во всем мире за последние 50 лет выросли в 2,5–3 раза. В то же время цены на большинство продуктов, производимых на базе минерального сырья (например, черные и цветные металлы), за это же время упали в 3–5 раз.

Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.

Щебень для дорожного строительства

Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.

Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:

щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40, 0–70 мм);
щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и магматические горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);
щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (магматические и частично метаморфические горные породы крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть «кубовидным».

Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.

За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.

В соответствии с президентской программой «Дороги России XXI века» СоюздорНИИ был произведен расчет потребности в дорожно-строительных материалах, в том числе в различных видах щебня. В таблице 1 приведена потребность в щебне узких фракций кубовидной формы из магматических горных пород для различных регионов России.
Наименование региона Значение потребности по годам и периодам
2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2001–05 гг. 2006–10 гг. 2011–20 гг. 2001–20 гг.
Центр 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 12,5 25,8 96,6 134,9
Северо-Запад 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 5,9 10,6 38,88 55,3
Поволжье 1,7 1,8 1,9 1,9 2 9,3 16,2 70,3 95,8
Северный Кавказ 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7 3,2 7,7 23,7 34,6
Урал 1,5 1,6 1,6 1,6 1,7 8 14,4 52,9 75,3
Сибирь 1,4 1,4 1,4 1,6 1,7 7,5 15,5 57,7 80,7
Дальний Восток 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 3,8 6,7 30 40,5
Всего щебня: 9,3 9,6 10 10,4 10,9 50,2 96,9 370 517,1
В среднем за год по периодам: 10 19,4 37 25,8

Таблица 1
Потребность в щебне узких фракций кубовидной формы (млн м3) для развития сети автомобильных дорог по регионам России (2001 – 2020 гг.)

В настоящее время протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в России составляет около 600 тыс. км, и основная часть щебня кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание. Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.

Современная практика показывает, что щебень из магматических горных пород для дорожного строительства в нашей стране производится в основном на стационарных дробильно-сортировочных заводах, расположенных вблизи месторождений, главным образом на северо-западе России и на Урале.
Мобильная камнедробильная установка для получения кубовидного щебня на площадке ООО "ЭнСиСи Индустри" (Санкт-Петербург)
Мобильная камнедробильная установка для получения кубовидного щебня на площадке ООО «ЭнСиСи Индустри» (Санкт-Петербург)

Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности, разрабатывающими месторождения магматических горных пород, показывает, что они в основном производят щебень в виде фракций 5–20 мм и 20–40 мм, в отдельных случаях – фракций 5–10, 10–20 и 5–15 мм. К щебню фракции 5–20 мм, используемой для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожно-строительных организаций.

Производимый щебень фракции 5–20 мм обычно сильно закрупнен. Это не позволяет подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен выпускаться в виде узких фракций (5–10, 10–15, 15–20 мм). Из узких фракций сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава.

Поставляемый щебень фракции 5–20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы – 25–40% и более. Повышенное их содержание отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Они обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными и поэтому в процессе строительства и при эксплуатации дорог разрушаются, что может приводить к образованию поверхностей, не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действии затем попеременного замораживания-оттаивания.

Асфальтобетонные смеси на кубовидном щебне (группа I) обладают лучшей уплотняемостью по сравнению с щебнем групп II и V за счет взаимного перемещения и взаимозаклинивания зерен.

В связи с этим действующая нормативно-техническая документация ограничивает содержание в смесях зерен лещадной формы: 15% - для смесей типа А, 25% – типа Б, 35% - для смесей типа В.

Особенно отрицательно действие зерен лещадной формы проявляется при поверхностной обработке асфальтобетонных покрытий с использованием фракционированного щебня, когда при укладке материала разрушается большая часть таких зерен. В этом случае их содержание в щебне не должно превышать 10%.

Отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона оказывает и повышенное количество пылевато-глинистых примесей, которые препятствуют контакту битума с поверхностью щебня. Поэтому их содержание не должно превышать: 1% – для приготовления асфальтобетонной смеси; 0,5% – для поверхностной обработки.

Дробильно-сортировочная установка с дробилкой КИД-900 на Абзаковском карьере

При формировании структуры асфальтобетона щебень является главным компонентом, определяющим устойчивость минерального остова. Лабораторными исследованиями установлено, что коэффициент внутреннего трения tg ц зависит от зернового состава асфальтобетона. На него практически не влияет вязкость применяемого битума и асфальтового вяжущего вещества. В асфальтобетонах с остаточной пористостью 3,0–3,5% коэффициент внутреннего трения возрастает при увеличении содержания кубовидных зерен щебня.

Высокие показатели внутреннего трения обеспечивают плотные асфальтобетоны типа А на основе дробленых каменных материалов и специальные многощебенистые составы, например щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) по ТУ 5718.030.01393697-99.

В щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях высоко содержание прочного фракционированного щебня (70–80%) с улучшенной (кубовидной) формой зерен, что создает устойчивый каркас. Повышенное содержание минерального активированного порошка (8–15%) и битумного вяжущего (не менее 5,5%) значительно уменьшает количество пустот в уплотненном слое покрытия. Для структурирования и стабилизации битумного вяжущего рекомендуется вводить специальные стабилизирующие добавки, например волокна.

Структура ЩМА оптимально сочетает максимальную жесткость минерального остова и высокую пластичность асфальтового вяжущего. Повышенное содержание прочного кубовидного щебня призвано обеспечивать высокое сцепление с колесом автомобиля, шероховатость, сдвигоустойчивость и износостойкость покрытия, а увеличенное количество асфальтового вяжущего вещества (мастики) – повышать водо- и морозостойкость, водонепроницаемость, устойчивость к деформациям и усталостную стойкость защитного слоя. При устройстве шероховатых покрытий важно обеспечить повышенные требования к свойствам каменных материалов. Щебень должен быть изготовлен из горных пород, обладающих высокой износостойкостью, иметь кубовидную форму, быть однородным по прочности, трудношлифуемым и не иметь загрязняющих примесей. Содержание зерен лещадной формы в нем должно быть ограничено. Щебень должен обладать хорошо выраженной шероховатостью естественного скола, поэтому предпочтение отдается горным породам зернистой кристаллической структуры, а также породам, способным оставаться шероховатыми за счет компонентов разной твердости согласно ВСН 73-67.
Комплектная технологическая линия на основе дробилки КИД-1200М на ОАО "Павловскгранит", Воронежская область
Комплектная технологическая линия
на основе дробилки КИД-1200М на ОАО «Павловскгранит», Воронежская область

Для реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) АО «Центродорстрой» были использованы три дробильно-сортировочные установки фирмы «Сведала» и налажено производство улучшенного щебня из габбро-диабаза. Получаемый щебень фракции 5–10 и 10–15 мм с лещадностью менее 15% применяли в асфальтобетонной смеси типа А на полимерно-битумном вяжущем для устройства верхнего слоя покрытия взамен ранее использовавшегося гранитного щебня фракции 5–20 мм. По результатам контроля качества верхнего слоя покрытия МКАД можно судить о влиянии качества щебня на свойства асфальтобетона.

Асфальтобетонное покрытие стало более сдвигоустойчивым, хотя максимальная крупность применяемого в смеси щебня была снижена с 20 до 15 мм. Среднее значение угла внутреннего трения повысилось примерно на 1,5°, а разброс этого показателя снизился почти в 2 раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях для МКАД возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С повысился в среднем на 0,3 МПа, а его вариация не превысила 12%.

Применение более качественного щебня в асфальтобетоне позволило снизить вероятность образования колеи в верхнем слое покрытия даже в форс-мажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей.

Щебень для производства бетонов

Щебень как крупный заполнитель бетонов, образуя жесткий скелет, увеличивает его прочность и модуль деформации, уменьшает ползучесть, усадку, повышает его долговечность, сокращает расход цемента.

Мелкий заполнитель – песок – оказывает влияние на реологические свойства бетонной смеси – вязкость, предельное напряжение сдвига бетона, а также на его плотность.

Форма зерен крупного заполнителя непосредственно влияет на удобоукладываемость бетонной смеси. Кроме этого, щебень с зернами плоской (лещадной) или игловатой формы имеет значительно большую пустотность, чем щебень с зернами кубовидной формы. По данным ВНИИЖелезобетона, объемный насыпной вес щебня с содержанием зерен плоской и игловатой формы до 15% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы.

Объемный насыпной вес щебня, состоящего полностью из зерен плоской или игловатой формы, на 9–10% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы. Указанные факторы вызывают увеличение расхода цемента. Поэтому, хотя форма зерен крупного заполнителя, по данным ряда исследований, не оказывает значительного влияния на прочность бетона, ей должно быть уделено серьезное внимание.

В щебне для дорожного бетона содержание зерен плоской и игловатой формы допустимо до 25%, для асфальтобетона - до 15%, для оснований дорог (необработанных) – до 25%.

Следует отметить, что принятое ограничение содержания в щебне зерен плоской и игловатой формы с отношением большего и меньшего размеров выше 3 не полностью характеризует форму зерен. В этой связи представляет интерес принятая в некоторых зарубежных стандартах оценка формы зерен по так называемому «индексу формы», то есть среднему отношению наибольшего и наименьшего размеров зерен пробы. Такая оценка позволяет судить о форме всего количества зерен щебня.

По бельгийскому стандарту NB № 329, 1962 щебень подразделяется на три категории: обычный, недодробленный и передробленный кубической формы (табл. 2).
Размер фракций в мм Категория щебня
обычный недодробленный передробленный кубической формы
8–16; 8–12; 12–16 0,275 0,39 0,45
16–22 0,275 0,425 0,485
22–40 0,35 0,425 –
40–63 0,35 – –

Таблица 2
Наименьшие значения «индекса формы» для различных категорий щебня (по бельгийскому стандарту NB № 329, 1962)

Как видно из данных таблицы, к обычному щебню практически не предъявляются требования к форме зерен (он может быть отнесен к щебню плоской и игловатой формы по нашим стандартам), но к щебню более высоких категорий требования к форме зерен довольно жесткие.

В ряде работ отмечается отрицательная роль плоских и удлиненных заполнителей, применение которых снижает прочность и повышает расход цемента, а также ухудшает морозостойкость бетона. С учетом этого при строительстве бетонного полотна автомобильных дорог должно быть обеспечено отсутствие в щебне кусков лещадной и игловатой формы, исходя из того, что бетонная смесь с такими заполнителями становится неудобоукладываемой, плохо уплотняется и в бетоне остаются раковины, борьба с которыми требует увеличения расхода цемента.

Для проверки влияния на параметры бетона наличия в щебне кусков лещадной формы в институте ВНИИЖелезобетон были выполнены исследования. В опытах использовался щебень из природных горных пород. Результаты показали, что прочность бетона по мере увеличения в щебне содержания кусков лещадной формы (до 50 и 100%), как правило, снижается с одновременным снижением объемного веса бетона, то есть при недоуплотнении бетонной смеси. Наличие в большом количестве (более 50%) щебня лещадной формы затрудняло уплотнение бетона, а это приводило к снижению прочности.

Отрицательное воздействие наличия в щебне более 50% кусков лещадной формы объясняется укладкой щебня в основном плашмя, черепицеобразно, что затрудняет взаимное скольжение смежных кусков и требует увеличения мощности вибрационного оборудования.

Сравнительные физико-механические свойства щебня различной лещадности приведены в табл. 3.
Свойства Щебень лещадный Щебень кубовидный
Содержание зерен лещадной и игловидной формы, % 89 0
Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии (в цилиндре), МПа 40–60 120
Дробимость при сжатии в цилидре,% 15–22 2–5
Показатель сопротивления щебня удару на копре ПМ 41–152 120–370
Износ в полочном барабане, % 18–29 15–20
Морозостойкость, марка 25 300

Таблица 3 Физико-механические свойства щебня различной лещадности

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:

• либо как профилактический слой, который закрывает и предохраняет в плохую погоду основные конструктивные слои дорожных покрытий от преждевременного разрушения;
• либо как слой износа, подверженный стиранию в процессе движения, предохраняя наилучшим образом структуру дороги. Такому слою требуется только периодическое обновление для придания структуре дороги ее первоначальных качеств;
• либо как верхний слой дорожного покрытия с характеристиками шероховатости, обеспечивающими сцепление и хорошее дренирование поверхностных вод, приводящими к значительному понижению порога аквапланирования и создающими, благодаря повышенному удельному давлению, хорошее сопротивление формированию гололеда.

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:

• использовать вяжущее, которое прочно и надолго соединяется с поверхностью покрытия или основания. Это соединение называется парой «вяжущее – основа»;
• каменный материал должен быть прикреплен к покрытию или основанию, а каждая щебенка должна быть прочно соединена с соседними. Это взаимодействие называют парой «вяжущее – щебень»;
• количество вяжущего должно быть достаточным, чтобы покрыть пленкой каждую щебенку на необходимую высоту и заполнить все микротрещины покрытия, но не быть избыточным, чтобы не выступать на поверхность щебеночного слоя. Это основной принцип дозировки и распределения вяжущего;
• каменный материал должен быть чистым, обладать высокими физико-механическими свойствами (прочностью, морозостойкостью, сопротивлением истиранию и др.), иметь определенные формы и размеры. Это основные требования к каменным материалам;
• количество каменного материала должно быть достаточным, чтобы создать нужную структуру поверхности, но не быть излишним, чтобы избежать необходимости удаления его. Это принцип дозировки и распределения каменного материала;
• каждая щебенка должна занять наиболее стабильное положение, а все вместе должны создавать сплошной монолитный слой с шероховатой поверхностью. Это основной принцип уплотнения.

Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:

• все работы по устройству поверхностной обработки должны быть выполнены в наиболее благоприятных условиях погоды. Это принцип назначения сроков выполнения работ;
• до начала работ должны быть решены все организационные вопросы, касающиеся поставки материалов, подготовки машин и оборудования. Это принцип организации работ;
• в процессе работ должны строго выполняться требования к технологии производства работ и качеству применяемых материалов. Это принцип организации контроля качества.

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.

Требования к материалам

Щебень

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.

Рис. 1. Влияние формы щебенок на стабильность их положения

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.

Прицепной битумощебнераспределитель БЩР-375 совместного производства ОАО «Строммашина» и фирмы Breining (Fayat Group), Германия

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.

Вяжущее

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).

Рис. 2. Виды поверхностных обработок

1. Однослойная поверхностная обработка с однократным распределением вяжущего и щебня . Применяется для создания шероховатой поверхности и слоя износа дорожной одежды с достаточной прочностью. Это самый распространенный вид шероховатой поверхностной обработки, наиболее подходящий для всех видов движения. Чаще всего она устраивается из щебня фракций 5–10 мм.
2. Однослойная поверхностная обработка с двойным распределением щебня . На слой нанесенного вяжущего сначала рассыпают крупную фракцию щебня (например, 10–15 или 15–20 мм), прикатывают катком, а затем рассыпают более мелкую фракцию щебня (например, 5–10 мм) и уплотняют. Применяется на дорогах с интенсивным движением и высокой скоростью движения. Такая поверхностная обработка способствует улучшенной герметичности покрытия, устранению мелких неровностей и деформаций, лучше распределяет усилия от колес автомобилей. Особенно эффективно такая обработка работает на хорошем жестком основании.
3. Двухслойная поверхностная обработка . На первый слой разлитого вяжущего рассыпают крупную фракцию щебня и уплотняют. Затем разливают второй слой вяжущего, рассыпают более мелкую фракцию щебня и окончательно уплотняют. Применяется на покрытиях с недостаточной прочностью, при наличии сетки трещин, ямочности, колей, при высокой интенсивности движения, т.е. 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.
4. Поверхностная обработка типа «сэндвич» . На покрытие рассыпают щебень более крупной фракции, затем распределяют вяжущее, рассыпают щебень мелкой фракции и уплотняют. Структура получаемого слоя поверхностной обработки сравнима с однослойной поверхностной обработкой, устроенной путем розлива вяжущего и двойной россыпью щебня. Такая поверхностная обработка рекомендуется при неоднородном по ровности покрытии для его выравнивания и некоторого усиления. Применяется на дорогах второстепенного, местного значения.

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.

Технология производства работ

Существует два способа устройства поверхностных обработок:

• традиционный – с раздельным распределением материалов;
• способ с синхронным распределением вяжущего и щебня.

Традиционный способ

Работы по устройству одиночной поверхностной обработки традиционным способом с использованием битумов, дегтебитумов, битумо- и дегтеполимерных вяжущих производят в следующем порядке:

• розлив вяжущего;
• распределение щебня;
• укатка;
• уход в период формирования.

Работы по устройству двойной поверхностной обработки производят в такой последовательности:

• подготовка поверхности (очистка от пыли и грязи) и ремонтные работы;
• первый розлив вяжущего;
• первая россыпь щебня;
• укатка;
• второй розлив вяжущего;
• вторая россыпь щебня (между первой и второй россыпью щебня допускается перерыв не более 3–5 суток);
• укатка;
• уход в период формирования.

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:

• подготовка поверхности (очистка от пыли и грязи) и выполнение в случае необходимости ремонтных работ;
• смачивание поверхности водой (в жаркую сухую погоду);
• розлив эмульсии по покрытию в количестве 30% нормы;
• распределение щебня в количестве 70% нормы;
• розлив оставшейся эмульсии (70%);
• распределение оставшегося щебня (30%);
• укатка;
• уход в период формирования.

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.

Технология поверхностной обработки с синхронным распределением вяжущего и щебня

Основным отличием новой технологии устройства поверхностной обработки является синхронное, практически одновременное распределение вяжущего и россыпь щебня (рис. 3).

Рис. 3. Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов

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).

Рис. 4. Принципы работы машин для поверхностной обработки

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:

• Chipsealer-40 . Это высокопроизводительное оборудование, предназначенное для устройства шероховатых поверхностных обработок в больших объемах. Оборудование Chipsealer-40 монтируется на базе полуприцепа Caizer и обладает полностью автономной системой энергообеспечения. За один цикл загрузки кузова щебнем позволяет выполнять поверхностную обработку на полосе шириной 3,75 м длиной до 800 м за 10 минут.
• Chipsealer-26 выполнен на базе российского полуприцепа СЗАП – 9905. В качестве автомобиля-тягача могут использоваться седельные тягачи МАЗ и КамАЗ. Имеет такие же характеристики, как и Chipsealer-40, но меньшие габариты кузова для щебня и резервуара для вяжущего.
• Chipsealer-19 – предназначен для выполнения ремонта дорожных покрытий и устройства шероховатых поверхностных обработок в небольших объемах.

Машины типа «Стоппер»

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.

Машины для устройства 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:

• вместимости цистерны (грузоподъемности);
• ширине распределения вяжущего; при этом, как правило, выбирают ширину распределения равной ширине полосы движения дороги или на 5–10 см меньшую.

Распределители щебня различают по:

• вместимости (емкости) бункера для щебня;
• ширине распределения щебня; при этом, как правило, ширину распределения щебня принимают равной ширине распределения вяжущего;
• типу хода (движения): прицепные и навесные базовые машины. Как правило, в качестве базовых машин для прицепных и навесных распределителей щебня используют автомобили-самосвалы.

Для устройства поверхностной обработки методом синхронного (одновременного последовательного) распределения вяжущего и щебня используют битумо-(эмульсие)-щебнераспределители.

Битумощебнераспределители различают по:

• ширине обработки, т.е. по соответствию (кратности) этого параметра ширине проезжей части автомобильной дороги;
• емкости (вместимости) бака для вяжущего и бункера для щебня;
• методу загрузки щебнем, т.е. использованию специальных загрузочных машин для загрузки щебня в бункер или специального самозагрузочного оборудования.

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.

Совместная работа автогудронатора и прицепного щебнераспределителя ЗАО «Бецема», загружаемого из самосвала

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).