К вопросу об армировании верхних слоев дорожных одежд

К вопросу об армировании верхних слоев дорожных одежд

16.02.2007

Автор:Кристоф Батероу - д.т.н., почётный доктор МГСУ, Баухаус-университет, г. Веймар, Германия

1. Введение

В связи с постоянно растущей грузонапряженностью и расширяющейся сетью автомобильных дорог техобслуживание их во всем мире становится все более дорогостоящим. Особенно остро эта проблема стоит в России, поскольку хроническое недофинансирование дорожной отрасли в течение последних пяти лет достигло на данный момент своей критической отметки.

Так, по данным руководителя Федерального дорожного агентства О. В. Белозерова [1], в 2005 году финансовые средства, отпущенные на содержание и эксплуатацию автодорог, составили всего 25% от необходимого объема. В 2006 году, по данным прессы, финансирование было несколько увеличено, но все еще составляло лишь 43% от требуемого. Поэтому перед дорожными службами стоит ближайшая задача сокращения объемов работ по техобслуживанию при сохранении высокого качества дорог. Для того, чтобы избежать повышенных затрат и увеличить сроки службы дорожных одежд, во многих странах мира проводятся различные исследования, в том числе по предотвращению появления трещин за счет внедрения в асфальтобетон армирующих прослоек. На сегодняшний день мы располагаем обширным опытом подобных наработок не только в странах с умеренным климатом, но и в странах, находящихся как в жарких и сухих климатических зонах с большими суточными амплитудами колебаний температур, так и в суровых климатических зонах, включая зоны вечной мерзлоты.

Систематические исследовательские работы, проводимые и немецкими специалистами в европейских странах, показали, что, хотя образование трещин при применении армирующих прослоек не пресекается полностью, начало трещинообразования значительно отодвигается, удлиняя срок службы покрытия в 2-6 раз [2; 6; 7]. Работы в этой области продолжаются, поскольку вопросы о выборе материалов и о самой технологии армирования во многом требуют дальнейшего изучения. Ниже приводятся новые сведения о сравнительных характеристиках материалов, и частично затрагивается вопрос о технологии армирования.

2. Сравнительные данные об армирующих материалах

В недавней работе Brugger, A.; Grunewald, D. [6] было проведено сравнительное изучение армирующей способности геосеток, произведенных из разных материалов: углеродных волокон, стекловолокон, арамидных волокон, стали, полиэстерных (полиэфирных) волокон. Главный акцент в работе был поставлен на необходимости принятия во внимание модулей упругости армирующих материалов. Авторы исходили из предположения, что чем выше модуль упругости армирующего материала по сравнению с асфальтом, тем выше эффект армирования.

По эффективности армирования и технологичности использования вышеперечисленные материалы можно расположить следующим образом:

  • Углеродные волокна. Приблизительное отношение модулей упругости матрицы асфальтобетона к материалу армирования составляет 1: 18, отсутствует ползучесть, хорошо фрезеруются в асфальтобетоне. Углеродные волокна на сегодняшний день могли бы быть признаны идеальным материалом для армирования дорожных покрытий, однако высокие цены ограничивают перспективы их применения. Поэтому сетки из углеродных волокон могут рекомендоваться лишь для особо ответственных участков дорог.
  • Стекловолокна. Отношение модулей упругости асфальтобетона к материалу армирования составляет 1: 5, отсутствует ползучесть, хорошо фрезеруются в асфальтобетоне.
  • Арамидные волокна, хотя и обладают высоким соотношением модулей упругости материала асфальтобетона к материалу армирования (1: 13), не были рекомендованы к использованию из-за затруднений со вторичным использованием асфальтобетона, образующегося после фрезерования слоя износа.
  • Стальные сетки очень хорошо армируют асфальтобетон, но не были рекомендованы по причине усложнения технологии армирования и возникающих проблем с рециклированием несущих слоев.
  • Сетки из полиэстера не были рекомендованы вообще для армирования асфальта: лабораторные испытания показали их низкую эффективность по сдерживанию отраженных трещин, соотношение модулей упругости (1: 1), наличие ползучести и сложности со вторичной переработкой асфальтобетона.

Таким образом, в соотношении "качество армирования/технологичность использования/цена" геосетки из стекловолокна стоят на первом месте. Но при этом подчеркивается, что стекловолокно должно быть предварительно обработано для хорошей адгезии к битуму.

Кроме того, здесь же было показано, что композитный материал (геосетка с подложкой из нетканого материала) иногда предпочтительнее к использованию, чем простая геосетка. Пропитка нетканого материала битумной эмульсией или битумом превращает его в гидроизолирующую прослойку, что препятствует проникновению влаги, углекислого газа и озона в нижние слои дорожных одежд. Авторами рекомендуется использование стекловолокна или полипропилена для изготовления подложки композитного материала.

Выводы авторов вышеупомянутой статьи подтверждаются и практикой. Известно, к примеру, что в регионах с суровыми климатическими условиями и широким диапазоном колебания температур стекловолокно в качестве армирующего материала зарекомендовало себя лучше, чем полимерные материалы. Не случайно всемирную известность получила геосетка из стекловолокна, выпускаемая канадской фирмой Bayex под торговой маркой Glasgrid. Любопытный факт: геосетка Glasgrid нашла применение даже в Европе при ремонте дорог в непосредственной территориальной близости от местоположения фирм, производящих другие, не менее известные геосетки, но из полимерных материалов. К примеру, в 2000 году реконструкция автомагистрали А7, проходящей между севером и югом Голландии, вблизи от фирмы Husker, производящей геосетки Hatelit из полиэстерного волокна, осуществлялась, тем не менее, с использованием геосеток Glasgrid 8501 [7]. Значит, были серьезные на то основания. Причем фирма, производящая ремонт, дала гарантийный срок на сохранность покрытия 15 лет.

Что касается возможности использования стеклогеосеток на территории России, то весьма показательной является работа, проведенная учеными СибАДИ в 2003 году [3]. Выбранный для эксперимента участок находится в зоне вечной мерзлоты, в районе Полярного круга, где температура воздуха колеблется от -50 С зимой до +30 С летом.

Характерный состав транспортного потока на опытном участке

Характерный состав транспортного потока на опытном участке

Рис 1. Характерный состав транспортного потока на опытном участке. (Все рисунки публикуются с разрешения авторов)

Уступы и швы между плитами на опытном участке

Рис 2. Уступы и швы между плитами на опытном участке

Конструкция дорожных одежд: а - существующая; б - проектная; в - на опытном участке.

Рис 3. Конструкция дорожных одежд: а - существующая; б - проектная; в - на опытном участке.

Вид отремонтированного участка дороги в 2003 году на опытном участке.

Рис.4 Вид отремонтированного участка дороги в 2003 году на опытном участке.

Вид экспериментального участка дороги в 2006 году

Рис.5 Вид экспериментального участка дороги в 2006 году.

Дорожное покрытие шириной 8 м построено из железобетонных плит ПДН толщиной 14 см и размером 2х6 м, уложенных на земляное полотно из мелкого пылеватого песка. Верхний защитный слой цементобетона у некоторых плит был изношен до арматуры. Ровность покрытия не соответствовала нормативным требованиям из-за уступов между плитами, достигающих 3-4 см.

В процессе работы после дополнительного заполнения битумоминеральной смесью открытых стыковых промежутков между плитами и некоторых незаполненных полостей у монтажных петель выполнялись типовые технологические операции в соответствии с технологическим регламентом завода-изготовителя.

Зимой 2005 года температура в районе Н.Уренгоя достигала отметки -58 С˚. По прошествии зимы при осмотре участка была выявлена одна волосяная поперечная трещина. Причем она появилась не над одним из швов между плитами, а прошла по неармированному участку плиты.

Заслуживает самого серьезного внимания и работа, проводимая группой ученых из МАДИ. Особенностью их подхода является наличие теоретических обоснований и гипотез относительно предполагаемой эффективности различных армоконструкций несущих слоев дорожных одежд. Интересным предложением ученых, в частности, является обустройство выравнивающего слоя со значительно пониженным модулем упругости (Е= 600÷800 МПа) относительно модуля упругости несущего слоя. В 2004 году этой группой начаты полевые испытания имеющихся теоретических разработок. На автомобильной дороге "Колыма" (Якутск - Магадан) был заложен экспериментальный участок с различными вариантами армоконструкций. В качестве армоэлемента использовался композитный материал АРМДОР-К-100. Полученные результаты показали для определенных армоконструкций высокую технологическую эффективность и весьма ощутимый экономический эффект [4; 5].

3. Заключение

Таким образом, имеющиеся на сегодняшний день данные позволяют уверенно утверждать, что дальнейшее развитие технологии армирования дорожных покрытий имеет большие перспективы. Именно эта технология позволяет при малых вложениях решать проблему снижения затрат на содержание и значительно увеличивать сроки службы дорожных покрытий. Разумеется, в этом направлении работ существует масса вопросов и еще нерешенных проблем. Но отдельные моменты начинают постепенно проясняться.

  • Во-первых, практически все авторы работ подчеркивают, что технология армирования недостаточно разработана. Нередко исполнители работ в силу недостаточного понимания механизма армирования допускают серьезные ошибки при инсталляции. Парадоксально, но факт - производители армоматериалов уделяют больше внимания разработке технологии, чем наука дорожной отрасли. На данном этапе нашего понимания лучшим выбором является необходимость следования рекомендациям фирм-изготовителей. Тем не менее, вопрос о тщательной разработке теории и практики армирования верхних слоев дорожных покрытий является актуальным.
  • Во-вторых, и этому была посвящена в основном данная статья, вопрос о выборе материалов для армирования является одним из важнейших. В статье были приведены некоторые из аргументов в пользу выбора стекловолокна при изготовлении геосеток, предназначенных для армирования верхних слоев дорожных одежд. Но к вопросу о выборе стеклогеосеток нужно также подходить весьма осмотрительно. Имеются сведения, что армирующие свойства геосеток из стекловолокна в значительной степени зависит от особенностей технологии их изготовления. Некоторые стеклогеосетки по этой причине плохо выдерживают циклические нагрузки или имеют недостаточную адгезию к асфальту. В России достаточно много производителей подобных геосеток, однако, к сожалению, до сих пор не проведено их сравнительное изучение. И по этой причине тоже иногда не достигается эффект армирования дорожных покрытий. Порой складывается впечатление, что не потребитель определяет свойства нужной ему продукции, а менеджеры по продажам диктуют свои условия. Впрочем, это относится не только к геосеткам, и не только в России. Но с геосетками в России проводится дорогостоящий и рискованный эксперимент. При таком подходе сама идея армирования асфальта может быть опороченной

Автору представляется, что изучение имеющихся армирующих материалов является одной из важных составляющих программы по развитию технологии армирования верхних слоев дорожных одежд.

Отчет о проведенном исследовании содержит большое число интересных наблюдений и замечаний. Не вдаваясь в подробности, отметим: общий итог состоит в том, что даже в столь экстремальных климатических условиях геосетка из стекловолокна зарекомендовала себя положительно. Ни одна из продольных трещин не раскрылась. Расстояния между раскрытиями поперечных трещин на участках, армированных геосетками, увеличилось до 24-30 м, что составляет 4-5 длин плит. В то время как на соседних участках с такой толщиной верхнего слоя асфальтобетона, но которые не были армированы, уже через полгода эксплуатации раскрылась большая часть продольных трещин и через одну-две плиты - поперечные трещины.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

  • Белозеров О.В. "Пресс-конференция от 15 февраля 2006 г". Пресс-центр РИА "Новости".
  • Батероу Кристоф - "К вопросу об армировании асфальтобетона геосетками из стекловолокна". "Мир дорог", 16, 2005г, с 44-45.
  • Сиротюк В.В., Крашенинин Е.Ю. "Отчет о результатах строительства и обследования опытного участка дорожной одежды с армированным асфальтобетонным покрытием". Научный отчет СибАДИ, г. Омск, 2004г. 29 с.
  • Ушаков В.В., д.т.н. профессор, проректор МАДИ (ГТУ); Агеев В.С., аспирант МАДИ (ГТУ). Оценка влияния конструктивных решений на трещиностойкость асфальтобетонных слоев усиления цементобетонных покрытий автомобильных дорог. "Автомобильные дороги", 1, 2007г, с 89-91.
  • Ушаков В.В., д.т.н. профессор, проректор МАДИ (ГТУ); Агеев В.С., аспирант МАДИ (ГТУ). Усиление цементобетонных покрытий автомобильных дорог. "Транспортное строительство", 2, 2007г, с 29-30.
  • Brugger, A.; Grunewald, D. Asphaltarmierungen aus Glas- und Kohlefasern; Tiefbau (ISSN 0944-8780), November 2003, Seite 674 - 679.
  • A ROAD RESCUE PLAN FOR HOLLAND'S A7. www.saint-gobain-technical-fabrics.com

© 2006-2008 Все права защищены.

Примечание: заинтересованные в опубликовании данной статьи издатели могут обратиться за разрешением к автору по E-mail: ch_batereau@yahoo.de


← Назад к списку