Со времени введения в действие на территории России межгосударственного стандарта ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия» накоплен определенный опыт применения этого материала.
Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) - это горячая асфальтобетонная смесь, состоящая из щебеночного каркаса, в котором все пустоты между крупным щебнем заполнены смесью битума с дробленым песком и минеральным порошком. Основное отличие ЩМА от обычных асфальтобетонов заключается в его жесткой каркасной структуре в слое покрытия. Такая структура обеспечивает передачу нагрузки с поверхности в нижележащие слои через непосредственно контактирующие друг с другом отдельные крупные частицы каменного материала. Тем самым достигается существенное снижение деформаций слоя покрытия. В ЩМА основную структуру составляет крупный щебень, а мелкий служит только для образования мастики, заполняющей межкаменное пространство в щебеночном каркасе. При этом объем незаполненного пространства составляет не более 3 ... 5%.
ЩМА имеет ряд преимуществ по сравнению с покрытиями из асфальтобетона типа А или Б по ГОСТ 9128-2009:
- более высокая устойчивость к разрушениям от транспортных средств и климатических воздействий;
- высокая сдвигоустойчивость, что существенно снижает возможность возникновения сдвиговых дефектов при высоких нагрузках (неровности и колеобразование);
- повышение долговечности покрытия;
- более высокие эксплуатационные характеристики покрытия (в первую очередь, высокий и стабильный коэффициент сцепления колеса автомобиля с покрытием) и др.
Стоимость смеси для ЩМА больше, чем стоимость традиционной асфальтобетонной смеси на 30...35%, но в покрытии используется слой ЩМА на 35..40% меньше, что обеспечивает снижение расхода смеси. Поэтому стоимости сравниваемых покрытий практически равны. При должном качестве строительства, применение ЩМА обеспечивает снижение затрат на содержание и ремонт дорожных покрытий в 2...4 раза, повышение их долговечности в 2...3 раза.
Высокие эксплуатационные характеристики покрытий из ЩМА подтверждены специалистами российских научно-исследовательских и дорожных организаций, мировым опытом применения.
На территории Кемеровской области щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси применяют около 10 лет, на дорогах регионального и межмуниципального значения, городских дорогах и улицах. С целью оценки эффективности ЩМА в условиях Сибири были выполнены сравнительные испытания участков дорог с покрытиями из ЩМА-15 и асфальтобетона типа Б, II марки по ГОСТ 9128-97* (традиционный вариант устройства покрытия) по следующим параметрам: износ покрытия; колейность; выкрашивание асфальтобетона; коэффициент сцепления. К моменту обследования покрытия эксплуатировались 3-5 лет, их устройство было выполнено одной организацией.
Испытания выполнялись в сухую погоду, при температуре воздуха около +200С, на чистом покрытии. Использовались поверенные средства измерений, аттестованное в установленном порядке испытательное оборудование, нормированные методики. Общие выводы по результатам исследований приведены ниже.
Слои из ЩМА обладают значительно большей сдвигоустойчивостью. Колея на покрытии из ЩМА образуется только на участках с низкой скоростью движения транспортных средств и слабым основанием. На бетонных основаниях колея практически отсутствует.
На покрытиях из асфальтобетона типа Б по ГОСТ 9128-97* колейность образуется на всем протяжении дороги, при этом на участках с низкой скоростью движения размер колей в 3-5 раз больше, чем на ЩМА.
Поверхность покрытий из ЩМА мало подвержена шелушению, происходит только скалывание зерен крупных щебенок. Асфальтобетон типа Б в ходе эксплуатации дорог изменяет текстуру поверхности значительно быстрее, он шлифуется, теряя шероховатость, что приводит к снижению коэффициента сцепления колеся автомобиля с покрытием. Причем на некоторых участках дорог традиционный асфальтобетон требует замены или устройства защитного слоя.
ЩМА обладает высокой трещиностойкостью. В ходе обследования на покрытиях из ЩМА зафиксированы в основном «отраженные» трещины, их дальнейшего развития не зафиксировано. На покрытиях из асфальтобетона типа Б, помимо появления «отраженных» трещин, наблюдается образование разветвляющихся, а также мелких волосяных трещин.
Структура ЩМА более плотная. Мастика обеспечивает практически водонепроницаемую структуру асфальтобетона, что не только увеличивает долговечность покрытия, но, уменьшая поступление влаги в основание, обеспечивает сохранение прочности и повышает долговечность всей дорожной одежды. За счет мастики создается эффект самозалечивания мелких трещин.
Обследования выявили значительно более высокие транспортно-эксплуатационные показатели покрытий, устроенных из ЩМА. Так, они обеспечивают стабильный коэффициент сцепления колеса автомобиля с покрытием не менее 0,6, снижение колейности на 30-50% (по сравнению с асфальтобетонным типа Б). Опыт применения ЩМА на территории Кемеровской области выявил также значительно большую долговечность покрытий из него. Например, общий объем дефектов на покрытии через 4-5 лет эксплуатации на превышает 0,1% от всей площади. В таблице приведены данные о динамике изменения значений коэффициента сцепления на одном из участков автомобильной дороги «Новосибирск - Ленинск-Кузнецкий - Кемерово - Юрга».
Изменение значений коэффициента сцепления колеса с покрытием
в процессе эксплуатации дороги
|
Год устройства покрытия |
Коэффициент сцепления на типе покрытия |
|
|
ЩМА-15 |
Б, II марка |
|
|
2005 |
0,66-0,61 |
0,71-0,67 |
|
2006 |
0,71-0,68 |
0,56-0,53 |
|
2007 |
0,74-0,76 |
0,55-0,48 |
|
2008 |
0,61-0,63 |
0,33-0,37 |
С расширением объемов применения ЩМА и круга подрядчиков, использующих эту технологию, выявились и существенные проблемы. Очевидно, что максимальная эффективность применения щебеночно-мастичного асфальтобетона обеспечивается только при правильном подборе состава смеси, соблюдении технологических требований при её изготовлении и укладке. Для оценки резервов повышения качества ЩМА был выполнен статистический анализ результатов испытаний при контроле качества дорожных работ независимой испытательной лабораторией Кузбасского центра дорожных исследований (аттестат аккредитации POCC RU.0001.21.СА69).
Обработка данных проводилась средствами Microsoft Excel. Установлено, что плотность распределения показателей щебеночно-мастичного асфальтобетона подчиняется нормальному закону. Практически все результаты соответствуют требованиям ГОСТ 31015-2002 (кроме показателей сдвигоустойчивости). Для примера на рис. 1 приведена плотность распределения трещиностойкости по пределу прочности на растяжение при расколе образцов ЩМА (при температуре 00С и скорости деформирования 50 мм/мин). В соответствии с ГОСТ 31015-2002 трещиностойкость для II и III дорожно-климатических зон должна быть не менее 2,5 и не более 6,0 МПа. Фактически все результаты испытаний соответствуют нормам.
Рис. 1. Плотность распределения значений трещиностойкости ЩМА
Значительно хуже дела обстоят со сдвигоустойчивостью (рис.2, 3), особенно по сцеплению при сдвиге. Так, при норме показателя сдвигоустойчивости по коэффициенту внутреннего трения: около 13% результатов испытаний имеют значения ниже минимально допустимого (норма - не менее 0,93). Сдвигоустойчивость по сцеплению при сдвиге не соответствует примерно в 3% случаев.
Рис. 2. Плотность распределения значений сдвигоустойчивости ЩМА
по сцеплению при сдвиге
Рис. 3. Плотность распределения значений сдвигоустойчивости ЩМА
по коэффициенту внутреннего трения
Среди причин несоответствий можно выделить:
- недостаточное уплотнение;
- использование исходных материалов, не соответствующих требованиям ГОСТ;
- нарушения технологии приготовления асфальтобетонной смеси (плохое перемешивание в смесителе, несоответствие гранулометрического состава минеральной части и др.).
Показатели сдвигоустойчивости существенно реагируют на кубовидность щебня, качество вяжущего.
Приведенные выше сведения показывают, что несмотря на явные преимущества щебеночно-мастичного мастичного асфальтобетона, они достигаются не автоматически. Необходимы тщательная организационно-технологическая подготовка производства (разработка оптимальных составов смесей, пробная укатка и др.), соблюдение технологии работ, эффективный производственный контроль. Особое внимание следует уделять обеспечению сдвигоустойчивости асфальтобетона.
