Применение геосеток из стекловолокна для повышения срока эксплуатации дорог с асфальтобетонным покрытием.
Батероу, Кристоф доц., д. т.н., почётный д., Баухаус-Университет г. Веймар, Германии
Бейер, Хелге к. т.н., инженербюро по строительству дорог, Ганновер, Германии
Общая информация
В дорогах с асфальтобетонным покрытием могут появляться трещины при возникновении вертикальных или горизонтальных деформаций, которые в целом очень пагубно влияют на срок эксплуатации дорожных конструкций.
Причинами этого являются:
- горизонтальные деформации, возникающие вследствие колебаний температуры в бетоне и в стабилизированных основаниях, которые используются как несущие слои. При высоких температурах они растягиваются и сжимаются при охлаждении.
- Вертикальные деформации различны вследствие неравномерной просадки в основании из бетона и в стабилизированном несущем слое (большей опасности подвержены стыки и места, похожие на стыки)
- Горизонтальные деформации асфальтобетона из-за сильной транспортной нагрузки (например, постоянное торможение тяжёлых автобусов в местах остановок или из-за бокового распора в районах поворотов с маленьким радиусом)
Влияние трещин на срок эксплуатации.
Отрицательное влияние трещин в слое асфальтовой одежды состоит в том, что вода проникает в слой асфальтовой одежды, а при трещинах, идущих сквозь всю дорожную одежду, и в основание.
Проникновение воды влечёт за собой появление следующих эффектов:
- повышение содержания воды в неукреплённых слоях понижает несущую способность неукреплённого несущего слоя и строительного основания.
- Замерзая, вода в дорожной конструкции может привести как к отслаиванию асфальтобетонного покрытия и местному разрушению структуры асфальта в слоях покрытия, так и к пученьям в нижних слоях, вызванные морозом.
Ущерб, причиняемый в результате этого, связан, как правило, с ремонтом слоя асфальтобетонной одежды, или даже с полным восстановлением дорожной конструкции.
Кроме того, из-за проникновения кислорода сквозь трещины ускоряется процесс старения битума.
Целью применения усиления из стеклосеток является перераспределение горизонтальных напряжений в слое асфальтобетона и снижение активных напряжений благодаря поглощению напряжения стекловолокнистым материалом.
Благодаря функции перераспределения усилий сильно снижаются местные нагрузки в асфальтобетоне, он дольше остаётся работоспособным, что ведёт к уменьшению трещин. Тем самым заметно увеличивается срок эксплуатации всей дорожной одежды.
Функции усиления в асфальтобетоне.
1. В качестве сцепляющего материала, усиленного стекловолокном между слоем асфальтового покрытия и несущим слоем асфальта (рис 1.).
2. в качестве стекловолокнистой решётки или сцепляющего нетканого материала (из полиэфира), усиленного стекловолокном между несущим асфальтным слоем или соединительным слоем асфальта и имеющейся конструкцией (рис 1.). Усиление стекловолокном препятствует при такой вставке, прежде всего новообразованию трещин в несущем слое асфальта поверх имеющихся трещин в существующей конструкции, то есть, прежде всего, образование трещин на стыках бетонных плит, если старая бетонная дорога покрывается асфальтобетоном. (Рис.2)
Образование трещин из-за колебаний температур в нижних слоях.
Вследствие колебаний температуры в дорожной конструкции под асфальтобетоном происходит изменение ширины трещины. Из-за этого в области трещины возникают растягивающие напряжения в асфальтобетоне. Чем больше эти напряжения, тем скорее увеличивается деформации асфальта и тем быстрее происходит образование трещин. Когда процесс образования трещин уже начался, образование разрыва движется снизу вверх и через относительно короткое время на поверхности асфальта появляется разрыв. Начиная с этого времени асфальтобетон, не является больше водонепроницаемым, и поверхностные воды могут проникать через трещину в нижние слои асфальтобетона и основание.
Благодаря стекловолокнистому усилению происходит распределение или поглощение напряжений, (стягивающие напряжения поглощаются волокнами и снимают, таким образом, нагрузку в новом асфальтобетоне в области трещины). Благодаря менее значительным местным напряжениям при растяжении в асфальтобетоне образование трещин по времени сильно замедляется. Работоспособность асфальта сохраняется дольше и увеличивается срок службы всего дорожного покрытия.
Образование трещин из-за колебаний температур на поверхности асфальта.
Напряжения в асфальтобетоне, возникшие вследствие теплового эффекта, а также напряжения от транспортной нагрузки приводят к тому, что асфальт достигает такой точки, когда он теряет свою прочность, то есть состояние битума, выходит за пределы своей возможной эластичности, и на поверхности асфальтобетона возникают трещины.
При наличии сцепляющего материала между слоем асфальтобетонного покрытия и несущим слоем в момент образования разрыва предотвращается проникновение трещины в нижние слои благодаря армированной битумной мембране (пропитанный битумом сцепляющий нетканый полимерный материал).
Тем самым гарантируется водонепроницаемость дорожной конструкции, и вода не может проникнуть в нижние слои, то есть дорожная конструкция под слоем асфальтобетона сохраняет свою работоспособность.
Почему усиления из стекловолокна, а не решётки из волокон полимера?
В многочисленных изданиях западноевропейских стран пропагандируется применение различных решёток в асфальтобетоне, преимущественно из полимера. Применение проходит, как правило, с успехом.
Всё же обнаружилось, что особенно в регионах с суровыми климатическими условиями и очень высокими колебаниями температур (Канада, Аляска, Швеция и т. д.) стекловолокно зарекомендовало себя намного лучше, чем полимерные материалы.
Весьма положительный результат применения усилений из стекловолокна достигается, наряду с меньшими материальными затратами, благодаря следующим факторам:
- стекловолокна при контакте с горячим битумом и асфальтобетоном не теряют своей прочности;
- при контакте с горячим битумом и асфальтом стекловолокна не вступают в химические реакции;
- стекловолокно, в отличие от материалов из полимеров, имея низкое удлинение при разрыве - 3 % и ползучесть 0 %, обладает высокой сопротивляемостью при образовании трещин (при удлинении от 0,5 % в асфальтобетоне начинается образование трещин); (рис.3)
- стекловолокно оказывает хорошее сопротивление динамическим нагрузкам транспорта;
- при регенерации асфальтобетонного покрытия со стекловолокнистым усилением может быть легко снят верхний слой путём фрезеровки (сетка не наматывается на фрезу, в отличие от полимерных материалов), а снятый асфальтобетон, может быть снова использован.
В целом обнаружилось, что стекловолокно, как материал, применяемый при укладке асфальтобетона, в сравнении с материалами из полимера не обнаруживает каких-либо недостатков относительно своей работы в отличие от решёток из полимера.
Укладка стекловолокнистых усилений в асфальтобетоне
Укладочные работы производят в следующем порядке:
- Подготовка дорожного полотна, куда будет устанавливаться усиление из стекловолокна, то есть очистка поверхности от пыли, грязи и растений и заполнение трещин и стыков шириной > 4 мм. При дорожных неровностях (напр. старых раздробленных остатках бетона) следует уложить выравнивающий слой асфальтобетона.
- Распыление битумной эмульсии или горячего битума в зависимости от необходимости и от вида эмульсии максимум, но не больше 2 кг / кв. м (при большой площади нанесение битумной эмульсии или горячего битума следует проводить обязательно с помощью машин).
- Укладка композитного материала, усиленного стекловолокном или геосетки из стекловолокна (при большой площади укладка должна проходить с помощью укладочных машин).
- Укладка тонким слоем щебеня (в одну щебёнку на ширину розлива битума) или тонкий слой асфальтобетона для защиты геосетки от гусениц асфальтоукладчика и колёс транспорта, подвозящего а/б смесь
- Непосредственная укладка следующим асфальтового покрытия.
- Если предусмотрено, укладка следующих слоёв асфальта, завершение работы над устройством дорог.
Работы следует проводить в присутствии специалиста, который имеет опыт укладки геосеток.
Следует обращать внимание на то, чтобы работы проводились в сухую погоду и, чтобы в уложенные слои не проникала влага.
Вывод
В заключении можно сделать следующие выводы.
- С применением в слоях дорожных одежд геосеток из стекловолокна можно значительно увеличить срок их эксплуатации. Это в целом означает длительную работоспособность дорог.
- Усиления из стекловолокна, из-за своих хороших технических данных при их применении в слоях асфальтобетона в условиях сурового климата обнаруживают лучшие результаты, чем решётки из полимера.
- При укладке усиления из стекловолокна в слои асфальта, следует соблюдать технологию применения материалов усиления, что относится также и к решёткам из полимера.
- При применении усилений из стекловолокна следует ввести надлежащую систему контроля над укладкой и реализовать её при выполнении строительства.
