Асфальтобетон щебеночно-мастичный — материал для устройства дорожных покрытий

Асфальтобетон щебеночно-мастичный представляет собой оптимально подобранный состав минеральных материалов, обеспечивающий конструкции дорожных одежд высокую сдвигоустойчивость, водонепроницаемость и повышенную шероховатость поверхности.

Щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси, благодаря своей структуре, укладываются тонкими слоями, снижая тем самым удельный расход материала. И хотя цена сырья для приготовления ЩМА гораздо выше, в сравнении с производством традиционного асфальтобетона, он нисколько не уступает ему в рентабельности.

Состав смесей

Щебеночно-мастичный асфальтобетон ГОСТ 31015-2002, на первый взгляд, можно отнести к группе классических дорожных покрытий на основе нефтебитумных вяжущих, но это не так.

Своим компонентным составом и структурными особенностями он резко выделяется среди своих конкурентов.

Жесткий каркас из щебня, формирующий основу материала, обуславливает повышенную устойчивость к пластическим деформациям, а присутствие большого объема битумного вяжущего, занимающего все свободное пространство между заполнителями, снижает остаточную пористость асфальтобетона (0–1%), что позволяет получить долговечное покрытие устойчивое к интенсивным транспортным и климатическим воздействиям.

Свойства

Состав щебеночно мастичного асфальтобетона представлен следующими компонентами:

• щебень (70–80%);
• битум (5,50–7,50%);
• стабилизирующая добавка;
• минеральный порошок.

Как видим из представленных значений, в отличие от стандартных асфальтовых смесей (ГОСТ 9128-97), щебнемастичный асфальтобетон характеризуется высоким содержанием нефтяного битума и щебня. Поэтому, для защиты от расслоения и сохранения однородного состава, особенно при производстве дорожных работ, асфальтобетонная смесь щебеночно-мастичная связывается стабилизирующими волокнистыми добавками.

В зависимости от фракции используемого заполнителя, щебеночно-мастичный асфальтобетон по составу можно систематизировать следующим образом:

• Щебеночно мастичный асфальтобетон ЩМА 10 — размер зерен применяемого щебня не должен быть больше 10 мм.

• Вторая и наиболее распространенная марка — это асфальтобетон щебеночно-мастичный ЩМА 15 с нормируемым размером зерен заполнителя равным 15 мм.

• Щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА 20 — максимальный размер зерен 20 мм.

Асфальтобетонная щебеночная смесь вышеперечисленных марок рекомендована к применению при устройстве верхних конструкционных слоев дорожных одежд толщиной 2–6 см на городских улицах и автомобильных магистралях всех технических категорий в I-V климатических зонах.

Подсказки: при использовании ЩМА смесей для устройства аэродромных покрытий значения прочности на сжатие и коэффициент сцепления необходимо увеличивать на 25%.

Применение щебеночно-мастичного асфальтобетона на скоростных дорогах с интенсивным движением, в сравнении с обычным асфальтовым покрытием, позволяет получить ряд преимуществ:

• высокую износостойкость, независящую от климатических условий эксплуатации;
• стабильное состояние покрытия при различных механических воздействиях;
• срок эксплуатации дорожных одежд в 2–3 раза выше, чем у других аналогичных покрытий;
• повышенный коэффициент сцепления автомобильных шин с поверхностью дороги;
• низкий показатель уровня шума при движении автотранспорта.

Материалы

Технология щебеночно-мастичного асфальтобетона предусматривает следующие требования для используемых материалов:

1. Щебень:

• зерновой состав должен быть из твердых горных пород согласно ГОСТ 8267–93;
• допускается применение дробленного щебня из металлургических шлаков;
• марка используемого щебня должна быть 1000–1200 и выше;
• зерна должны иметь кубовидную форму;
• объем зерен игольчатой и пластинчатой формы, по общей массе, не должен превышать 15%;
• морозостойкость F50 и выше;
• значения по истираемости должны соответствовать марке И—1.

2. Битумы:

• для производства смесей ЩМА рекомендуется использовать нефтяные битумы в соответствии с ГОСТ 22245–90 или ПБВ (полимерно-битумное вяжущее);

• в случае применения ПБВ, если обеспечиваются требования показателей стекания битума, допускается не вводить в состав материала волокнистые стабилизирующие добавки;
• все применяемые битумы должны обладать достаточным значением сцепления с поверхностью используемого щебня, в противном случае требуется введение адгезионной присадки катионного типа.

3. Для производства смесей ЩМА применяется песок только из отсева дробления твердых горных пород согласно ГОСТ 8736–93 марок 1000 и выше. Количество глинистых частиц в составе материала не должно быть больше 0,5%.
4. Минеральный порошок по ГОСТ 16557-78 производят путем дробления доломитных или известковых горных пород. Допускается применение минерального порошка, произведенного из отсева вулканических горных пород фракцией не более 0,16 мм.

Большой объем битумного вяжущего в структуре ЩМА предусматривает в обязательном порядке присутствие стабилизирующей добавки. Без данного компонента невозможно приготовить смесь с теми физико-механическими характеристиками, благодаря которым данный материал значительно отличается от традиционных видов асфальтобетона.

Стабилизирующая составляющая смесей

Вид и свойства стабилизирующих добавок имеют огромное значение для повышения качества асфальтобетона, его приготовления, транспортировки и укладки.

Волокнистые структурирующие добавки позволяют сохранить однородность смесей и удерживают горячий битум на поверхности щебня, что дает возможность предотвратить сегрегацию и расслоение растворов при требуемых высоких температурах производства и укладки.

В качестве стабилизаторов смесей в различное время добавляли:

• резиновую крошку;
• волокна асбеста;
• полимерные волокна;
• минеральные компоненты;
• термопластичные полимеры;
• различные продукты на основе кремниевой кислоты;
• акриловые нити;
• целлюлозные волокна.

Благодаря низкой себестоимости производства, наибольшей популярностью пользуются фибры из целлюлозы в виде волокон или специальных гранул на их основе. Данный материал способен удерживать долгое время большое количество битума на поверхности покрытия и предохранять его состав от расслаивания.

Целлюлозные фибры должны быть однородного состава, без примесей и иметь в своей структуре, как минимум, 50% нитей длиной от 0,1 до 2,0 мм, что, по результатам испытаний, обеспечивает оптимальную толщину пленки битума на поверхности и высокую однородность смесей.

Основные эксплуатационные свойства целлюлозного волокна, которыми должен обладать данный тип фибры, представлены в таблице ниже.

Наиболее популярна в России продукция немецкой компании JRS. Как пример можно рассмотреть стабилизирующую присадку «VIATOP 66».

Данный материал представляет собой уплотненную трехмерную структуру, состоящую из гранулированной целлюлозы покрытой битумом. При добавлении представленной добавки в асфальтобетонную смесь удается существенно повысить эксплуатационные характеристики автомагистралей, ощутимо снизить себестоимость работ и в 5 раз увеличить срок службы дорожного покрытия, в сравнении с другими аналогичными материалами.

Перечисленные выше свойства стабилизирующей добавки значительно сокращают требования к порядку дозирования и снижают время перемешивания гранул в смесителе, а наличие битумной пропитки защищает волокна целлюлозы от обгорания в момент контакта с горячим заполнителем.

Приготовление и укладка ЩМА

Приготовление щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси аналогично производству стандартного горячего асфальтобетона. Единственное отличие — это обязательное присутствие в технологической схеме установки дозирования и подачи стабилизирующей добавки.

Подбор щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси необходимо осуществлять с учетом климатических особенностей региона, где будет эксплуатироваться покрытие, интенсивности движения и проектной толщины слоя ЩМА для конкретной автомагистрали.

Расчет оптимального состава ЩМА проводиться в три этапа:

1. Исследуют качество и состав исходных материалов на соответствие их характеристик проектным требованиям.
2. Выбирают оптимальное соотношение различных компонентов смеси, при котором свойства произведенного асфальтобетона будут соответствовать ТУ 5718.030.01393697–99.
3. Проводят испытания проб полученного продукта на соответствие заявленным нормам и выполняют корректировку состава в смесительных установках.

Приготовление

Щебеночно-мастичные растворы готовят в стандартных смесителях принудительного действия, путем перемешивания в нагретом состоянии песка, щебня, минерального порошка, нефтяного битума и требуемых стабилизирующих добавок, представленных в виде спрессованных волокон или полимеров.

Главной особенностью получаемой смеси является ее высокая, в сравнении с классическими асфальтобетонами, температура приготовления. ЩМА укладывается тонкими слоями, склонными к резкому охлаждению. Поэтому, температура выпуска готовой смеси должна быть выше требуемой температуры укладки асфальтобетона на 25–30°.

Технологическая инструкция приготовления щебнемастичной смеси содержит следующие операции:

• Подготовка минеральных материалов (сушка и прогрев до необходимой температуры, дозирование).
• Дозирование холодных стабилизирующей добавки и минерального порошка с последующей подачей их в смеситель. Установка дозирования целлюлозной добавки — это отдельный агрегат в составе АБЗ и обычно поставляется отдельно (см. фото).

• Разогрев нефтяного битума до рабочей температуры и введение модифицирующих добавок.
• Перемешивание сухих минеральных материалов, холодной стабилизирующей добавки и минерального порошка.
• Подача горячего битума и перемешивание состава.
• Выгрузка готовой ЩМА смеси в автомобили-самосвалы или накопительный бункер.

Нагретые минеральные заполнители подаются в дозирующее устройство, где с помощью виброгрохотов делятся на фракции и затем складываются в бункера для хранения горячих материалов.

Из них подготовленные заполнители поступают в бункер-дозатор, работающий по весовому принципу.

• Минеральный порошок дозируется в общем весовом дозаторе при помощи отдельных высокоточных весов.
• Отмеренное количество стабилизирующей добавки вводят в смеситель на разогретый до нужной температуры каменный материал или совместно с минеральным порошком, предусматривая при этом перемешивание сухой смеси в мешалках принудительного действия в течение 15–20 с.
• При последующем заключительном перемешивании смеси, в присутствии горячего битума, стабилизирующая добавка в течение 10–20 секунд равномерно расходится по всему объему вяжущего.
• Время приготовления асфальта зависит от технических характеристик смесительной установки.
• Приготовленный асфальтобетон из смесительного агрегата, с помощью скипового подъемника, выгружают в кузов самосвала или подают, для временного хранения, в накопительный бункер.

Продолжительность хранения готовой смеси зависит от технологических возможностей накопительного бункера и технических характеристик ЩМА (обычно 0,5–2 часа).

Укладка

ЩМА рекомендуется укладывать на чистое основание при температуре воздуха +5°С и выше. В случае необходимости, дорожные рабочие своими руками или механизированным способом выполняют ямочный ремонт, санирование трещин, фрезерование старого покрытия и др.

Для обеспечения нужного сцепления материала с рабочей поверхностью, основание зачищают металлическими щетками, продувают сжатым воздухом и грунтуют жидким битумом.

Процесс укладки ЩМА вмещает в себя следующие операции:

1. Горячая смесь укладывается стандартными асфальтоукладчиками, оборудованными системами горизонтального уровня и поперечного уклона. Асфальтоукладчики располагают уступом, на расстоянии 10–30 м друг от друга, по всей ширине дороги.
2. Процесс укладки ведут непрерывно. Поэтому, асфальтовая смесь должна регулярно подаваться из кузова самосвала в бункер-приемник асфальтоукладчика по мере его опустошения.
3. На уложенных слоях ЩМА не допускается присутствие раковин, трещин и других дефектов. Выявленные дефекты рабочие устраняют своими руками путем добавления горячей смеси на поврежденные места до начала уплотнения покрытия самоходными катками.
4. Уплотняют щебнемастичный асфальтобетон гладковальцовыми катками весом 8–10 т, металлические вальцы которых попеременно смачивают мыльным раствором или керосиновой эмульсией.

Основной проблемой стандартных горячих асфальтовых смесей является предрасположенность к расслоению. Технология щебеночно-мастичного асфальтобетона позволила решить эту задачу путем добавления стабилизирующей добавки (см. видео в этой статье).

В заключение этой статьи можно сказать, что рассмотренный вид асфальтобетона можно отнести к разряду перспективных, высокоэффективных и экономичных материалов для строительства качественных автомобильных дорог.