Конференция «Асфальтобетон-2024»: новые методы и модификаторы
Пятая конференция «Асфальтобетон» разительно отличалась как от проведённых в предыдущие годы, так и от большинства подобных мероприятий. Приятно поразили выступления спикеров, которые стали не просто рекламой себя любимых, а действительно несли полезную информацию. Даже президент Ассоциации «Р.О.С.Асфальт» Николай Быстров, выступающий модератором, отметил качественные изменения в докладах.
Данные и методы устарели
«Одна из основных проблем при расчёте дорожной одежды — это применение теории упругости в упрощённом виде. Все конструкции переводим в двухслойные и отсюда считаем. Сейчас у нас появились алгоритм и программный комплекс, который позволяет рассчитывать конструкцию многослойных одежд. И результаты при одних и тех же исходных данных показывают, что по старой модели мы не учитываем возникающие напряжения и деформации от сегодняшнего трафика транспорта», — объявил генеральный директор АНО «НИИ ТСК» Евгений Симчук.
Он пояснил, что разница капитальности дорожных одежд достигает 30%, что и объясняет разрушение асфальтобетонного покрытия. Заявив это, спикер тут же упредил возможные обвинения в некорректности полученных данных, рассказав о проведении верификации по заданию Росавтодора. Специалисты впервые за 70 лет проверили, как ведёт себя асфальтобетонное покрытие при различных воздействиях, с помощью станций мониторинга.
Пока, с 2022 года, полноценно работает только одна на трассе М-5. В этом году должны запустить ещё две в разных дорожно-климатических зонах. Но полученные с одной станции данные с датчиков температуры, влажности, растяжения в статическом и динамическом нагружениях из нескольких слоёв дороги уже удивили исследователей.
«Мы все считали, что самые худшие условия, при которых работает дорожная одежда, — это период весны-осени. Но оказалось, что мы были неправы, тяжелее всего дороге приходится летом.
Модуль упругости асфальтобетона на глубине в 5 см при температуре 35 °С ниже почти в три раза. То есть весной и осенью это почти 560 МПа, а летом — чуть выше 200 МПа. Это происходит за счёт того, что АБС сильно зависит от температуры и начинает работать в ослабленном виде при нагревании. Самое большое растяжение в нижнем слое покрытия и нагрузка на земляное полотно тоже зафиксированы летом», — поделился результатами наблюдений г-н Симчук.
Интересные данные получили и по влажности. В слоях дорожного покрытия весной и осенью она составила 9,4-9,6 %, а летом — 10,3%. Кроме того, докладчик рассказал о результатах промежуточных испытаний на строящихся объектах, где заработают ещё две станции мониторинга.
Там проверяли напряжение на связном и несвязном слоях. Так вот на последнем деформации достигали 290 микрострейнов, а на органоминеральной смеси — 60 микрострейнов. После укладки третьего слоя на монолитную основу растягивающее напряжение составило 112 микрострейнов. Это говорит о необходимости укреплять основания, чтобы дорога меньше разрушалась и служила дольше.
Отметил спикер и важность укладки песчано-подстилающего слоя. Как показали датчики, во время дождя влажность в дорожной одежде повышается, но за счёт песчаной «прокладки» вода быстро отфильтровывается и не доходит до рабочего слоя земляного полотна.
Глава «НИИ ТСК» также рассказал про эксперимент с двухосным седельным тягачом и четырёхосным полуприцепом-битумовозом. На колёса смонтировали датчики и вкупе с информацией от станций мониторинга получили данные о влиянии фур на дорогу.
«Самое высокое давление на грунт приходит не от самой нагруженной оси тягача в 10 т, а от сближенных осей полуприцепа. Потому что они за счёт своего расположения не дают основанию сбросить напряжение, а заставляют его накапливать. А с асфальтобетоном ситуация иная, там самая большая растягивающая деформация от самой нагруженной оси. Цифры получены, теперь надо думать, как это в жизни применить», — поведал Евгений Симчук.
На основании совокупных данных исследования эксперт рекомендовал обратить внимание на необходимость изменения стандарта по расчётам конструкции дорожной одежды. Из зала тут же последовал вопрос об учёте в проекте документа применения модификаторов асфальтобетона и вяжущего, ведь они влияют на модуль упругости, показатели усталости и долговечности и т. д. На это г-н Симчук ответил, что ввиду большого количества различных модификаторов учесть результат каждого из них просто невозможно. Как правило, модификатор изменяет один показатель, но нет алгоритма учёта, как это повлияет в дальнейшем на всю конструкцию.
«Мы стоим на пороге колоссальных положительных изменений в расчёте конструирования нежёстких дорожных одежд. Если взять асфальтобетон на полимер-битумном вяжущем, то модуль упругости при большом количестве температур будет ниже, чем на исходном битуме. Но хоронить ПБВ не надо, мы же прекрасно понимаем, показатель сопротивления усталости с ним будет в 10-12 раз выше, чем у простого битума. Лет десять назад нам настойчиво предлагали одну импортную добавку в АБС, но давали только результаты тестов по температуре размягчения. Мы их несколько лет просили дать полные испытания по любому из мировых стандартов, включая низкотемпературные свойства. Это я к чему? Производители добавок прекрасно знают, что, улучшая одни свойства, к сожалению, ухудшают другие», — вмешался Николай Быстров.
И предложил Росавтодору подключиться к вопросу учёта эффективности материалов в новых методиках.
На практике
Естественно, на конференции обсуждали и опыт использования различных модификаторов. Практическими примерами поделился один из заказчиков строительства и ремонта дорог — начальник управления контроля качества и внедрения инноваций СПБ ГКУ «Дирекция транспортного строительства» Андрей Дёмин. Он рассказал о применении ПБВ с 2005 года и синтетических парафинов с 2009 года. Все они неплохо себя показали, но с 2019 года во все проекты стали закладывать только вяжущее по марке PG в двух слоях. Для смесей со щебнем из гранита задействуют адгезионные добавки, а в ЩМА — пока только ПБВ40.
«Сейчас мы активно идём к модификации нижних слоёв на вылетных магистралях, уходящих за город. Там большой поток машин и грузового транспорта, зачастую с пятницы по воскресенье эти дороги просто стоят, особенно летом. На объездных дорогах у нас в двух слоях присутствует ПБВ60. На остановках общественного транспорта подрядчик закладывает ПБВ в три слоя, так это места с высокой нагрузкой. Количество автобусов и троллейбусов растёт, и там практически взлётная полоса: один уехал, другой приехал. Массы огромные при торможении и трогании, воздействие на дорожное полотно значительное», — рассказал г-н Дёмин.
По его словам, применение ПБВ повышает трещиностойкость в верхних и сопротивление нагрузкам в нижних слоях, увеличивает межремонтные интервалы, в том числе и за счёт сдвигоустойчивости и уменьшения окислительных процессов.
Задействуют в Северной столице и тёплые АБС на основе вспененного битума и ПАВ. За счёт этого при приготовлении снижена температура, и при укладке практически нет пара и специфического запаха.
«Иногда рабочие удивляются, что мы им остывший асфальт привезли. При укладке температура 131 °С. И что важно, такие смеси продлевают строительный сезон, мы в конце ноября объект делали. Но нужно обязательно использовать перегружатели», — отметил Андрей Дёмин.
В 2012 году в Санкт-Петербурге попробовали использовать модификаторы на основе резиновой крошки, уложили 600 000 м2, но участки показали себя не с лучшей стороны. В итоге прорезиненные дороги пришлось полностью сфрезеровать. В 2018 году состоялась попытка № 2, АБС с крошкой уложили на кольце в районе Смольного. Сейчас это любимое место мотоциклистов, которые при поворотах не скользят. В 2022 году модификатору дали ещё один шанс, за состоянием объектов сейчас наблюдают.
«По нашему опыту сложно работать с резиновой крошкой. В первую очередь возникают трудности в подборе смеси, второе — это повышенное время перемешивания на АБЗ, третье — модификатор неконтролируемый, то есть нет физико-механических свойств, по которым можно определить наличие примесей и т. д. При добавлении в битумное вяжущее крошка полностью не растворяется.
Время покажет, хорошо это или плохо. Ну и самое главное, это технико-экономическое обоснование, так как зачастую смеси с добавлением модификатора на основе резиновой крошки по цене равны ЩМА плюс ПБВ», — перечислил недостатки представитель СПБ ГКУ «Дирекция транспортного строительства».
Конечно, есть и плюсы. Например, экологичность и хорошие сцепные свойства для колёс транспортных средств. Кроме того, за счёт резиновой крошки можно делать бесшумный асфальтобетон.
Протестировали в Питере и добавление в битум синтетического асфальтита. В результате динамическая вязкость повысилась в два раза, улучшились адгезионные и когезионные свойства, а также лаборатория получила более жёсткие марки вяжущего.
Своей практикой применения модификаторов АБС поделились и дорожники из Беларуси. Проблема долговечности покрытий назрела в республике ещё задолго до санкций в силу транзита грузопотоков из Европы и России. А после введения ограничений со стороны Евросоюза в 1996 году госпредприятию БелдорНИИ поставили задачу разработать импортозамещающий модификатор. При этом, помимо способности продлить срок жизни асфальтобетона, добавка должна быть дешевле, чем аналог с ПБВ, и содержать переработанные покрышки. В 2012 году учёные создали продукт для ЩМА, причём со стабилизирующим эффектом.
«Сразу же внедрили на магистрали М-4. Сделали участки с ПБВ и с нашим модификатором. Мониторинг показал, что добавка ведёт себя достойно. В 2013 году её внедрили на участок трассы М-5, и далее география применения расширялась. К этому году везде, где уложен ЩМА, присутствует отечественный модификатор», — рассказал начальник отдела асфальтобетона и дорожных технологий лаборатории БелдорНИИ Сергей Тимофеев.
Так как в стране попросту нет техники для укладки литых смесей, то учреждению поручили разработать аналог этого типа АБС для применения на мостах. То есть продукт должен быть водонепроницаемым, а для его транспортировки и уплотнения должны применять обычные самосвалы и асфальтоукладчики с катками. В БелдорНИИ взяли под козырёк и выдали вибролитой асфальтобетон. Для разработки применили всё ту же добавку и до 65% крупного заполнителя.
Смесь получила каркасную структуру, что способствует большей устойчивости к сдвигам.
Модификатор задействовали и в защитных асфальтобетонных слоях. Это более простой аналог мембранной технологии устройства защитных покрытий. По словам г-на Тимофеева, высокощебёнистый гидроизоляционный асфальтобетон можно укладывать обычной техникой и ему не требуется мембрана из ПБВ.
«Применение модификаторов становится всё более актуальным. Это связано с повышением нагрузок и интенсивности движения, а также с развитием нормативной базы и требованиями к долговечности АБС», — поддержал коллег руководитель НИЦ АО «ВАД» Денис Колесник.
Он напомнил, что ПНСТ 662-2022 делит добавки на два класса: А — так называемый сухой ввод непосредственно в асфальтобетонную смесь, и B — «мокрый» ввод в битум. В 2010 году, когда компания «ВАД» начинала работу по изменению улучшению свойств АБС, действовал ГОСТ 9128.
Поэтому достичь результата можно было, только доработав рецептуру битумного вяжущего, так как норматив не позволял изменять зерновой состав.
А когда правила игры изменились, специалисты начали экспериментировать с добавками «сухого» ввода. Но столкнулись с проблемами в их оценке.
«В случае применения модификаторов класса А оцениваются свойства асфальтобетона без учёта изменений свойств вяжущего. По ГОСТ Р 58401 такую оценку провести сложно, так как нет понимания, как добавка повлияет на PG-вяжущее. К тому же ГОСТ не предусматривает испытания на температурную трещиностойкость. Поэтому работоспособность модификатора «сухого» ввода можно оценить только через влияние на вяжущее, а время на их активное взаимодействие в миксере ограничено. Отсюда либо перерасход добавки, либо увеличение времени перемешивания», — поделился опытом г-н Колесник.
Он подчеркнул, что производители модификаторов рекомендуют поднять температуру выпуска АБС. А это уже отход от рецептуры и необходимость проведения новых исследований в лабораториях. При этом понять результат действия добавок всё равно нужно.
Можно оценить свойства полученной смеси, ГОСТ это допускает. Более сложный способ, но при этом и быстрый — через PG-вяжущее. В этом случае дозировку модификатора представитель АО «ВАД» рекомендует снижать вдвое и обязательно соблюдать технику безопасности, чтобы не получить «пенную» вечеринку с плачевными последствиями.
Эксперт также напомнил, что добавка может увеличивать вязкость битума в разы, вплоть до пастообразного состояния. При этом полученное вещество может расслаиваться, часть модификатора может осесть, а часть — всплыть. Но полученные данные об изменениях свойств битума при взаимодействии с добавками «сухого» ввода позволят понять, как изменятся характеристики АБС.
Денис Колесник привёл примеры тестирования различных добавок с вяжущим БНД 70/100. В ряде случаев динамическая вязкость при повышении температуры повышалась более чем на положенные 3 Па/с в 2-3 раза, что утяжеляло смесь и затрудняло её уплотнения на дороге. Кроме того, все испытываемые модификаторы изменяли марки PG.
Немаловажно обращать внимание и на показатель усталостной характеристики, для этого спикер рекомендовал применять LAS-тест. По его результатам, два модификатора из трёх подняли количество циклов до разрушения в 1,5 раза, а один — ухудшил этот показатель. При этом тот же LAS-тест, но уже с добавками для ЩМА, показал эффективность модификатора с волокнами целлюлозы.
Основной сложностью испытаний г-н Колесник назвал определение низкотемпературной трещиностойкости. Учёные провели множество тестов по разным методикам и выяснили, что перспективным способом является исследование асфальтобетона через непрямое растяжение. Оно учитывает энергию разрушения, наклон кривой нагрузки-перемещения и величину вертикальной деформации. На основе ГОСТ Р 58401.18 в АО «ВАД» разработали свой метод тестирования при -18 °С. Результаты испытаний БНД и PG оказались однозначными — последние оказались более устойчивыми.
Лаборанты пошли дальше и добавили тесты на колееустойчивость по «гамбургской методике», то есть погружая образцы в воду с температурой до 60 °С, где по ним каталось металлическое колесо. Эта совокупность позволила быстро получать оценку свойств АБС.
«Мы провели эксперимент с использованием шести модификаторов «сухого» ввода для определения возможности их применения в качестве альтернативы PG-вяжущим в ЩМА 16. Если честно, мы опасались, что добавки ухудшат трещиностойкость. Но в сравнении с БНД 70/100 они показали себя лучше, хотя многие и оказались хуже PG 76-28. Тесты на колееустойчивость и водостойкость часть модификаторов тоже выдержала. Но в суммарном значении свойств только один модификатор показал результат лучше, чем PG-вяжущее», — резюмировал Денис Колесник.
В следующих номерах мы продолжим знакомить вас с темами конференции «Асфальтобетон».
Прямая речь
«Вызывает радость, что сегодня подрядные организации проводят активные научно-исследовательские работы, и это огромное подспорье для отрасли в выработке правильных технических решений. Я думаю, надо поддержать это и указать в резолюции необходимость дальнейшего расширения исследований.
Также отмечу огромную работы со стороны Росавтодора в части совершенствования и создания нормативной базы по асфальтобетону, благодаря чему мы с вами можем обсуждать тонкие вопросы, а не только прочность при нуле, при 20 °С, при 50 °С одноразовым нагружением до разрушения.
Ещё хочу сказать, что денег, которые согласовывают Федеральному дорожному агентству на научно-технические исследования, более чем недостаточно. Годовой объём НИОКР финансирования составляет около 450 млн рублей, и эта сумма не меняется лет 8-10. Я подавал в правительство справку сравнения затрат на НИОКР в США и у нас. Так вот там — это 1% от дорожного фонда, в России — 0,008%. Нужно соизмерять задачи, которые ставят дорожной отрасли с точки зрения технологического развития, с теми цифрами, которые утверждают на проведение исследований. И то, что Росавтодор умудряется делать за эти мизерные деньги, вызывает огромное уважение».
Текст: Артём Щетников
Взято с сайта www.igrader.ru