Холодный ресайклинг – эффективная технология восстановления асфальтобетоннных покрытий аэродромов и автодорог

В. В. Ливитина, замначальника ФГУ «Главгосэкспертиза России», Б. П. Мамонтов, замначальника отдела объектов транспортного комплекса, А. В. Митрошин, гл. специалист

В практике строительства аэродромов и автодорог в качестве материала для верхних слоев нежестких покрытий и слоев усиления покрытий других типов широко применяется асфальтобетон. Многослойная конструкция таких покрытий в большинстве случаев состоит из тонких (4-9 см) слоев асфальтобетона, уложенных в разное время, как правило, в связи с намечающейся эксплуатацией более тяжелого типа самолетов либо выходом из строя ранее уложенного слоя.

Разрушение аэродромных покрытий - процесс закономерный и обусловлен большими эксплуатационными нагрузками и интенсивностью движения, изменением водно-теплового режима основания покрытий, воздействием природно-климатических факторов, а также встречающимися фактами нарушения технологии строительных работ и эксплуатационного содержания.

Нагрузка на аэродромное покрытие от воздушного судна (ВС) проявляется в виде колееобразования и трещин, а также деформации основания. Вследствие деформаций покрытия под нагрузкой частицы асфальтобетона смещаются ближе друг к другу, от повышения давления битум становится текучим, в результате чего асфальтобетон выжимается в боковом направлении, увеличивая колейность. От деформаций в нижней части слоя асфальтобетона возникают трещины, которые распространяются к его поверхности. Причиной возникновения поверхностных трещин является воздействие природно-климатических факторов. Ультрафиолетовое излучение вызывает твердение битума, который теряет свою эластичность, что при понижении температуры ведет к появлению трещин. Процесс разрушения асфальтобетона ускоряется вследствие замерзания проникшей через трещины воды, а также из-за отслоения битумной пленки от инертного заполнителя.

Многослойные покрытия с неоднородными по толщине слоями, уложенными в разные годы, характеризуются недостаточным сцеплением между собой вплоть до образования полостей, содержащих воду. При усилении жестких покрытий асфальтобетоном с течением времени проявляется эффект отраженных швов и трещин нижележащего покрытия. Наличие перечисленных дефектов ведет к появлению на поверхности покрытия свободно лежащих продуктов его разрушения, что представляет опасность для взлетно-посадочных операций ВС. Таким образом, можно говорить о потере асфальтобетонными покрытиями эксплуатационной пригодности и необходимости их реконструкции.

Радикальным способом восстановления работоспособности асфальтобетонных покрытий может служить полная или частичная замена разрушенных слоев асфальтобетона, которая, однако, применяется нечасто, поскольку высокопроизводительная техника для холодного фрезерования покрытий не имеет широкого распространения и, кроме того, при этом требуется прекращение летной эксплуатации аэродрома, а при реконструкции автодороги - ее закрытие на длительный период для производства работ.

При полной или частичной замене разрушенных слоев асфальтобетона встает вопрос повторного использования материалов от разборки существующего покрытия. Это может быть решено фрезерованием на всю глубину поврежденного асфальтобетона и принудительным перемешиванием и уплотнением измельченного асфальтобетона (ресайклинг), что обеспечивает создание нового толстого гомогенного слоя, прочность которого может быть повышена путем добавки вяжущих. Поверх ресайклированного слоя укладываются дополнительные слои асфальтобетона. Задачей ресайклинга является максимально возможное использование материала существующего покрытия, при этом материал ниже уровня ресайклинга остается неповрежденным, имеющиеся разрушения удаляются вместе со слоем асфальтобетона, а высота покрытия практически не изменяется.

Технологию ресайклинга дорожных и аэродромных одежд как способ их восстановления широко применяют за рубежом.

Машины для ресайклинга были разработаны несколько лет назад путем модернизации дорожных фрез и машин для стабилизации грунта. Поскольку ресайклеры предназначены специально для реконструкции дорожных и аэродромных одежд на большую глубину за один проход, они представляют собой крупные мощные машины на гусеничном или колесном шасси с высокой проходимостью. Основным агрегатом машин является фрезерно-смешивающий барабан с большим количеством специальных резцов. Вращаясь, барабан измельчает материал дорожной одежды. При фрезеровании в рабочую камеру ресайклера впрыскивается вода, подаваемая из автоцистерны по гибкому шлангу. Ее количество дозируется насосом, управляемым микропроцессорной системой, чтобы после смешивания с измельченным фрезерным барабаном материалом влажность полученной смеси была оптимальной для уплотнения. Жидкие стабилизаторы (цементно-водная суспензия или битумная эмульсия отдельно друг от друга или в комбинации) также могут быть введены в рабочую камеру тем же способом. Кроме того, через специально разработанную распределительную систему в рабочую камеру может быть добавлен вспененный битум. Порошкообразные стабилизаторы, например портландцемент, обычно наносятся перед ресайклером непосредственно на существующее покрытие. Ресайклер в процессе фрезерования за один проход смешивает его с измельченным материалом и водой.

 

Рис. 1а. Стабилизация гранулята цементно-водной суспензией.

Рис. 1 б. Распределение цемента на поврежденное покрытие, стабилизация гранулята водой.

Рис. 2 а. Стабилизация гранулята цементно-водной суспензией и битумной эмульсией.

Рис. 2 б. Стабилизация гранулята битумной эмульсией и водой.

Рис. 3 а. Стабилизация гранулята цементно-водной суспензией и вспененным битумом.

Рис. 3 б. Стабилизация гранулята вспененным битумом.

Состав группы машин для ресайклирования может быть различным в зависимости от его целей и типа используемого стабилизатора. В каждом случае машина для ресайклинга буксирует или толкает работающие вместе с ней машины, для чего предусмотрены толкающие брусья или буксирные скобы. Типичные группы машин для ресайклирования (на примере машин фирмы Wirtgen, специально разработанных для холодного ресайклинга) представлены на рисунках.

Представленная на рис. 1 группа машин предназначена для холодного ресайклинга с добавкой цемента. Ресайклер толкает перед собой установку (WM 1000), в которой цемент и вода смешиваются в дозированных количествах. Полученная цементно-водная суспензия по гибкому шлангу перекачивается на ресайклер и впрыскивается в рабочую камеру (рис. 1,а). Вместо использования установки WM 1000 цемент может распределяться перед ресайклером в сухом виде (рис. 1,6). После ресайклинга слой из полученной смеси предварительно уплотняется брусом. Затем он может быть спрофилирован автогрейдером, после чего окончательно уплотняется виброкатком.

При использовании битумной эмульсии в комбинации с цементом в необходимой группе машин для ресайклирования автоцистерна с битумной эмульсией располагается перед установкой для приготовления цементно-водной суспензии. Если же цемент предварительно распределяется по обрабатываемой поверхности в сухом виде, автоцистерна подключается непосредственно к ресайклеру (рис. 2, а, б). В состав такой группы машин входит гусеничный ресайклер. Эта группа обычно применяется там, где необходимо ресайклировать слой аэродромной одежды, содержащей толстые асфальтобетонные слои. Если ресайклер оборудован уплотнительным рабочим органом, то автогрейдер для профилирования поверхности ресайклированного слоя может не потребоваться.

Две типичные группы машин для ресайклирования со вспененным битумом представлены на рис. 3, а, б. При использовании вспененного битума, например при ресайклинге аэродромной одежды из асфальтобетона и/или щебня хорошего качества, ресайклер толкает перед собой две автоцистерны - одну с горячим битумом, другую с водой. Когда используется комбинация из вспененного битума и цемента, цемент может добавляться в виде суспензии, приготовленной в специальной установке. При использовании цемента в сухом виде он распределяется перед машинами по реконструируемому покрытию.

Холодный ресайклинг с успехом может быть реализован в российских условиях, поскольку имеет ряд значительных преимуществ перед другими способами реконструкции.

Отсутствие загрязнения окружающей среды благодаря полному использованию материала старой дорожной одежды. Нет необходимости в площадках для отвалов, а объем новых привозных материалов минимален, что снижает загрязнение местности, неизбежное при открытии новых карьеров и каменоломен. Перевозки очень невелики, соответственно расход энергии значительно снижается, как и разрушительное воздействие транспортных средств на дорожную сеть.

Высокое качество ресайклированного слоя в силу последовательного эффективного смешивания полученных на месте материалов с водой и стабилизаторами. Жидкости вводятся в точно необходимом количестве благодаря микропроцессорной системе управления насосами. Смешивание отвечает самым высоким требованиям, поскольку компоненты принудительно перемешиваются в рабочей камере.

Структурная целостность аэродромной одежды. Холодный ресайклинг позволяет получать связанные слои большой толщины, которые отличаются гомогенностью материала. Благодаря этому не требуются жидкие вяжущие между тонкими слоями аэродромной одежды, что необходимо в одеждах традиционной конструкции. Гомогенные слои большой толщины не имеют проницаемых зернистых слоев, аккумулирующих влагу и тем самым ослабляющих покрытие. Они более морозостойки.

Сохранение целостности грунта, так как при ресайклинге повреждения низкопрочного грунта значительно меньшие по сравнению с применением обычных дорожно-строительных машин для восстановления аэродромной одежды. Холодный ресайклинг выполняется за один проход ресайклером на гусеничных тележках или на пневмошинах, оказывающих малое давление на грунт и, следовательно, мало деформируют его.

Уменьшение продолжительности строительных работ. Современные машины для ресайклинга отличаются высокой производительностью, что существенно сокращает время строительных работ по сравнению с традиционными методами восстановления аэродромных покрытий. Благодаря этому аэродромы закрываются для летной эксплуатации на более короткий период.

Стоимость/эффективность. Перечисленные преимущества делают холодный ресайклинг наиболее привлекательной технологией для восстановления аэродромных и дорожных одежд по критерию «стоимость/эффективность».

 

Литература:

1. Kaltrecycling. Instandsetzung einer Strase fur Schwerlastverkehr. - Windhagen, Wirtgen GmbH.

2. Kaltrecycling-Handbuch. -Windhagen, Wirtgen GmbH, 2 Auflage, Januar 2006.

3. Аэродромные покрытия. Современный взгляд. - М.: Физматиздат, 2002.

Бюллетень строительной техники № 9, 2007 г.