Бібліографічний опис:
В даний час в Росії основними дефектами на автомобільних дорогах є недостатня міцність дорожнього одягу і нерівність дорожнього покриття. Незважаючи на численні зусилля дорожньо-будівельних і експлуатаційних організацій, стан дорожньої мережі в багатьох регіонах Росії продовжує погіршуватися. Зупинити процес руйнування дорожньої мережі Росії та повернути його назад можна лише необхідним чином озброївши дорожню галузь високопродуктивними дорожньо-будівельними машинами і механізмами, передовими технологіями будівництва, ремонту і належного утримання автомобільних доріг. Також, за рахунок цього, можна підвищити загальний професійний рівень працівників галузі. Однією з перспективних високопродуктивних технологій ремонту дорожніх покриттів є гаряча регенерація матеріалу дефектного асфальтобетонного дорожнього покриття безпосередньо на місці проведення ремонтних робіт.
Історія використання технології гарячої регенерації асфальтобетону при ремонті дорожніх покриттів, яка в своєму розвитку пройшла шлях від регенерації старої асфальтобетонної суміші на заводі до розробки спеціальних машинних комплексів, що регенерують матеріал після закінчення їхнього терміну або передчасно зруйнувалися асфальтобетонних покриттів безпосередньо на місці проведення ремонтних робіт, налічує не один десяток років. На даний момент часу розрізняють 4 основні методи гарячої регенерації: вирівнювання і відновлення форми покриття без додавання нової суміші; з додаванням нової суміші, але без перемішування; з додаванням нової суміші і з перемішуванням; з додаванням нової суміші і її перемішуванням зі старою і з одночасним укладанням нового шару асфальтобетону. Перші два методи на автомобільних дорогах практично не застосовуються.
Найбільшого поширення з усіх методів гарячої регенерації отримав метод вирівнювання і відновлення форми покриття з додаванням нової суміші і її перемішування зі старою. Даний метод називають термопрофілюванням або Remix, а машини для його реалізації називають реміксери (Remixer) [1].
У Росії основний парк машин для ремонту дорожніх покриттів за методом гарячої регенерації асфальтобетонної суміші представлений розробленими в 70-х, 80-х роках реміксери фірми «Wirtgen» Remix-2500 і Remix-4500 Plus, вітчизняними термопрофіліровщікамі ДЕ-232, ДЕ-234. В даний час ця гілка дорожнього машинобудування практично не розвивається, а наявна в наявності техніка використовується переважно для відновлення й ремонту асфальтобетонних покриттів міських вулиць зі свідомо жорстким підставою.
На жаль, в даний момент інтерес до технології регенерації матеріалу асфальтобетонних покриттів безпосередньо на місці проведення робіт не такий високий, як хотілося б, адже потенціал цієї технології розкритий далеко не повністю, а масштаби використання не відповідають її можливостям. І, тим не менш, застосування даної технології має місце бути. З використанням одного з методів терморегенераціі, а саме термопрофілюванням, був виконаний капітальний ремонт автомобільної дороги Р-258 «Байкал» Іркутськ - Улан-Уде - Чита км 1068 + 000 - км 1080 + 000 в Забайкальському краї. Про цей метод гарячої регенерації і піде мова в даній статті.
У будь-якому способі гарячої регенерації однією з основних операцій є розігрів старого асфальтобетонного покриття. Завдання полягає в тому, щоб плавно розігріти обробляється шар асфальтобетону до температури його переробки і при цьому не перегріти в'яжучий, яке при високій температурі погіршує свої властивості за рахунок випаровування легких фракцій і вигорає, якщо нагрівання перевищує температуру спалаху в'яжучого, рівну 180-220 ° С для вузьких і 45-110 ° С для рідких бітумів. Температура переробки асфальтобетону на вузьких бітумах коливається від 100 до 150 ° С, рідко до 180-200 ° С.
Нагрівання асфальтобетонного покриття здійснюється за допомогою газових пальників інфрачервоного випромінювання, об'єднаних в блоки або панелі Разогреватель. Відразу після повного включення панелей пальників, які розташовані над поверхнею покриття на висоті не менше 5 см, йде швидке нагрівання верхнього шару асфальтобетону, від якого тепло передається вниз.
Режим розігріву шару регулюють зміною тиску в газовій системі, зміною положення панелей над поверхнею покриття чи швидкості руху Разогреватель.
Виходячи з обмежень по температурі спалаху бітуму максимальна тривалість безперервного нагріву поверхні асфальтобетону не повинна перевищувати 2,5-3 хв при температурі повітря 20 ° С. Після цього необхідно знизити температуру нагрівання або зробити перерву в подачі тепла і потім продовжити нагрівання до тих пір, поки температура на поверхні розігрітого покриття не досягне необхідних значень. Температура покриття перед шнек фрезою - 160-180 0 С але не більше 180 0 С, за першим асфальту 130-150 0 С, за другим асфальту 150-180 0 С, перед термосмесітелем 120-140 0 С.
Теплообмін в шарі протікає нерівномірно. Спочатку поверхня нагрівається швидше, ніж нижні шари. До моменту розпушування верхні шари остигають, але нижні за рахунок теплопровідності акумульованого тепла продовжують набирати температуру. Це забезпечує при перемішуванні середню стабільну температуру 80-100 ° С.
Довжина кожної панелі або блоку пальників визначається в залежності від швидкості руху Разогреватель і допустимої максимальної тривалості безперервного нагріву асфальтобетону. При швидкості руху Разогреватель 2 м / хв і тривалості нагріву 2,5 хв довжина панелі пальників становить 5 м. При більшій швидкості руху довжина панелі збільшується.
На малюнку 1 зображена динаміка прогріву покриття в залежності від його товщини, а також те як змінюється температура під кожною машиною в загоні в певний момент часу. Наприклад, через 2 хвилини температура на поверхні покриття під асфальту буде близько 80 0 С, через 9 хвилин, коли покриття досить прогріється і можна починати процес регенерації під'їде самоскид і під ним температура на поверхні становитиме приблизно 160 0 С-180 0 С і т . д.
Мал. 1. Динаміка прогріву покриття в залежності від його товщини
Глибину розпушування, яку розігрівають до робочої температури, приймають не менше товщини шару регенерації, яка залежить від крупності зерен щебеню чи піску в асфальтобетоні, але не менше:
- 20 мм для піщаних сумішей;
- 25 мм для щебеневих сумішей з зернами розміром до 15 мм;
- 35 мм для щебеневих сумішей з зернами розміром до 20 мм.
Зазвичай глибину розігріву приймають від 30 до 60 мм в залежності від товщини верхнього шару асфальтобетону та максимальної глибини розпушування, яку може забезпечити термосмесітель [2].
Метод термопрофілюванням застосовують в тому випадку, коли існуюче покриття має багато дефектів у вигляді тріщин, колій, сітки тріщин, а також коли необхідно посилити старе покриття. Для цього до фрезерувати і розпушений матеріалу старого покриття додають нову асфальтобетонну суміш в кількості 25-50 кг / м 2 при ремонті без посилення і до 150 кг / м 2 при ремонті з посиленням.
Метод дозволяє скорегувати зерновий склад старого асфальтобетону, усунути наслідки старіння бітуму, підвищити шорсткість покриття і забезпечити добрий зв'язок між регенерованим шаром і старим покриттям.
Узагальнений показник нерівності відображає амплітуди нерівностей покриття як в поздовжньому, так і в поперечному напрямках. Його визначають за формулою:
де Sв - показник нерівності в поздовжньому напрямку, чисельно рівний середнім квадратичним відхиленням амплітуд нерівностей десятиметрової довжини; Sп - показник нерівності в поперечному напрямку, чисельно рівний просвіту під триметрової рейкою.
Згідно з проектними даними узагальнений показник нерівності Sp на ділянці капітального ремонту автомобільної дороги Р-258 «Байкал» становить приблизно 3,1 см. Існуюче покриття представлено пористої дрібнозернистої асфальтобетонної сумішшю, отже, що додається суміш повинна також бути пористої дрібнозернистої.
Мінімально необхідна кількість нової суміші в цьому випадку можна визначити за формулою:
де Д - мінімально необхідну кількість суміші, кг / м 2; 23 - кількість нової суміші, в шарі товщиною 1 см, кг / м 2; 1,7 - коефіцієнт нормованого відхилення при рівні надійності 95%.
Знаючи, що Sp = 3,1 см, знаходимо мінімально необхідну кількість нової суміші:
Д = 23 × 1,7 × (3,1-1,2) = 74,29 кг / м 2
Приймаємо витрата нової пористої дрібнозернистої асфальтобетонної суміші 75 кг / м 2.
Якщо при оцінці стану старого покриття у переформованих зразків виявлено підвищені пористість або водонасичення, слід проаналізувати склад асфальтобетону. Можливо, причиною цього є брак будь-яких фракцій мінеральної частини в складі асфальтобетону, але частіше за все це пов'язано з браком бітуму. В такому випадку склад додається суміші підбирають з надлишком бітуму.
Орієнтовно, кількість бітуму ΔБн в%, яке необхідно додати в нову суміш понад оптимального, можна розрахувати за емпіричною формулою:
Якщо, виходячи з значення узагальненого показника нерівності Sp визначено мінімально необхідну кількість нової суміші Д, значення Н визначають з наступного виразу:
де hрср - середня глибина розпушування, см.
Розрахуємо орієнтовну кількість бітуму, яке необхідно додати в нову суміш понад оптимального.
Випробування переформованих зразків показало, що водонасишеніе старого асфальтобетону Wc = 8,5%. Згідно з проектом, потрібно знизити водонасичення до 5%.
H = 100 × 75 / (75 + 23 × 5) = 39,47%
Додається кількість бітуму в нову суміш понад оптимального складе:
ΔБн = 0,18 × (8,5-5) × (100-39,47) / 39,47 = 0,97 ≈ 1%
Остаточне рішення про кількість додається нової суміші і в'язкості бітуму приймають на основі лабораторних випробувань.
Далі розглянемо процес укладання регенерованої суміші за технологією Remix.
Спочатку відбувається нагрів існуючого покриття за допомогою асфальту, після чого, реміксер розпушує розігріте покриття за допомогою фрезерного барабана на необхідну ширину і глибину. Розпушений матеріал надходить в змішувальну установку безперервної дії. В цей же час нова додається суміш з приймального бункера по стрічковому транспортеру надходить в дозуючий бункер. Дозуючий бункер забезпечує рівномірну і безперервну подачу додається суміші в змішувальну установку. З дозуючого бункера нова суміш по стрічковому транспортеру надходить зверху в змішувальну установку. У змішувачі відбувається ретельне перемішування розпушеного матеріалу і нової суміші за допомогою двох обертових валів. Після цього перемішана суміш виходить із змішувача і розподіляється шнеком на потрібну ширину, виглажівается і попередньо ущільнюється брусом «варіо» складається з трамбуючими бруса і вібраційної вигладжувальною плити. Схема укладання регенерованої суміші за технологією Remix показана на малюнку 2.
Мал. 2. Схема потоку додається нової асфальтобетонної суміші за способом термопрофілюванням
Технологічний процес методу термопрофілюванням включає в себе наступні основні операції:
- підготовчі роботи, до яких відносять огорожу місця виконання робіт, підготовку машини і обладнання, розмітку ділянки, завантаження нової суміші в приймальний бункер і ін .;
- попередній і остаточний розігрів існуючого покриття;
- розпушування або фрезерування старого покриття і подачу отриманого асфальтового грануляту в змішувач;
- подачу в мішалку нової суміші і перемішування її з асфальтовим гранулятом;
- розподіл і попереднє ущільнення асфальтобетонної суміші;
- остаточне ущільнення шару покриття катками.
Орієнтовна схема розташування машин в даній технологічному процесі показана на малюнку 3.
Мал. 3. Схема розташування машин в технологічному потоці
Устаткування для виконання цих операцій складається з трьох панелей пальників інфрачервоного випромінювання для попереднього розігріву, змонтованих на окремому шасі, і термосмесітеля, до складу якого входять кілька блоків (панелей) нагрівальних газових пальників, ємності для стисненого газу, приймальний бункер для нової суміші, рихлітель- фреза, шнековий живильник для подачі нового матеріалу в змішувач, змішувач (змішувач) примусового дії, шнековий разравніватель і планує відвал, вібробрусом для попереднього ущільнення та ін . Сучасні реміксери при необхідності можуть виконувати всі види гарячої регенерації на дорозі. Розташування перерахованих робочих органів показано на малюнку 4.
Мал. 4. Схема розташування основних робочих органів термосмесітеля
Роботи починають після очищення покриття від пилу і бруду. Як правило, розігрів виробляється при повільному русі блоку пальників в дві або три ступені. Спочатку розігрів виробляють самохідним асфальту для попереднього розігріву до температури поверхні 90-100 ° С, потім в одну або дві ступені остаточного розігріву до необхідної температури покриття зазначеної раніше.
Після розігріву верхній шар покриття фрезерується і отриманий гранулят подається в змішувач, куди вводиться нова гаряча суміш, яка перемішується з гранулятом, укладається і ущільнюється.
Важливо відзначити, що при розігріві старого покриття тепло акумулюється в нижніх шарах, внаслідок цього, реконструйована суміш укладається вже на розігріте підставу, що покращує процес злиття верхнього і нижнього шарів в єдиний моноліт. В результаті за один прохід виходить нове, більш міцне покриття, усуваються колії, тріщини і нерівності. Проте зазвичай на шар регенерованого асфальтобетону укладають захисний шар або додатковий тонкий шар нового асфальтобетону. Виходячи з цієї необхідності метод отримав подальший розвиток і отримав назву Ремікс +.
Ремікс + це один з методів гарячої регенерації з додаванням нової суміші і її перемішуванням, який полягає в тому, що на шар регенерованого асфальтобетону відразу тією ж машиною укладається додатковий шар посилення, або захисний шар з нової суміші. Для цього термосмесітель обладнується додатковим розподільним шнеком, розташованим за першим шнеком [4].
Процес влаштування покриття за технологією Remix + схожий на технологію Remix. Як і в попередньому випадку, існуюче покриття розігрівається асфальту, після чого відбувається розпушування старого покриття. Розпушений матеріал потрапляє в змішувач де ретельно перемішується. За допомогою першого розподільного шнека розрівнюється на необхідну ширину і виглажівается першої вигладжувальною плитою. Після цього з приймального бункера по стрічковому транспортеру надходить нова суміш, розрівнюється другим розподільним шнеком поверх перемішаної суміші. Потім відбувається одночасне вигладжування верхнього шару і попереднє ущільнення двох шарів брусом «варіо». Схема пристрою двох шарів за технологією Remix + зображена на малюнку 5.
Остаточне ущільнення першого і другого шарів проводиться одночасно, спочатку легким вібраційним котком з вимкненим вібратором або гладковальцеві катком масою 6-8 т, потім продовжують вібраційних катком з включеним вібратором і пневмоколісному катком масою 12 т. Завершують ущільнення гладковальцеві катком масою 14 т. Орієнтовна кількість проходів - 4-6 по сліду.
Мал. 5. Схема потоку додається нової асфальтобетонної суміші за способом Remix +
Виходячи з вищеописаної технології ремонту можна зробити висновок що технологія терморегенераціі є ресурсозберігаючої альтернативою традиційним методам ремонту способами перекриття і переукладання.
Вартість робіт по методу термопрофілюванням перевищує номінальну вартість укладання асфальтобетонного шару через використання газу пропан-бутан для нагріву покриття і більш високих амортизаційних відрахувань, а також вартості ремонту термопрофілірующего комплекту. Але загальні витрати компенсуються за рахунок повторного використання старого асфальтобетону. Розрахунки показують, що метод термопрофілюванням, застосовуваний для відновлення верхнього шару асфальтобетонного покриття, стає конкурентоспроможним при додаванні нової асфальтобетонної суміші в обсязі не більше 50 кг / м 2, що ремонтується шару і глибині розпушування старого покриття не менше 3 см.
Таким чином метод термопрофілюванням є гідною альтернативою поширеній способу переукладання, який передбачає видалення зношеного верхнього шару асфальтобетонного покриття фрезеруванням і укладку на його місце нового асфальтобетонного шару, але прийняття рішення про використання методу термопрофілюванням має бути виправдано економічно.