Холодный ресайклинг: зарубежный опыт к. т. н. – МАДИ(ГТУ) (стр. 3 )

6.1. Гранулометрический состав фрезерованного материала

Единого набора требований для всех видов вяжущих и материалов в технологии холодного ресайклинга не существует.

Так как технология ресайклинга стремится к повторному использованию существующего материала, если это вообще возможно, цель подбора гранулометрического состава не должна состоять в том, чтобы состав полностью удовлетворял жестким требованиям для нового асфальтобетона.

Однако, вне зависимости от типа применяемого вяжущего, необходимо учитывать несколько важных аспектов:

- однородность (или степень неоднородности) гранулометрического состава старого материала в пределах одной захватки;

- стремление к сокращению использования новых материалов для корректировки гранулометрического состава;

- оборудование следует настроить таким образом, чтобы стремиться получить фрезерованный материал с непрерывным гранулометрическим составом;

- материалы с прерывистым гранулометрическим составом и одноразмерные каменные материалы непригодны для ресайклинга с применением вспененного битума, поскольку вяжущее не сможет соединить частицы в достаточно плотную структуру, особенно при отсутствии мелкой фракции. Такие гранулометрические составы обычно приводят к локальным избыткам битума и образованию «блидинга».

Ведение нового каменного материала может быть необходимым в двух случаях:

- чтобы увеличить несущую способность дорожного покрытия за счет увеличения его толщины;

- чтобы улучшить гранулометрический состав обрабатываемых материалов (например, введение отсева в песчаный асфальтобетон).

Так, в случае применения в качестве вяжущих битумных эмульсий и вспененных битумов кривая гранулометрического состава должна определяться на фрезерованном или измельченном материале до и после экстракции старого вяжущего вещества.

В табл. 3 в качестве примера приведены рекомендации для холодного ресайклинга битумоминеральных смесей битумными эмульсиями [1].

Таблица 3

Допустимые отклонения по гранулометрическому составу после экстракции битума, при которых состав считается однородным (Испания)

Фракция фрезерованного материала	Максимальное отклонение, % по массе сухого материала
> 2 мм	± 6
≤ 2 мм	± 3
≤ 0,063 мм	± 1,5
Остаточное вяжущее	± 0,5

В течение процесса смешивания материала с вяжущим в случае применения вспененного битума, капли последнего в основном оседают на мелких (песок и пыль) фракциях и только частично обволакивают частицы щебня. Полученное асф. вяжущее формирует связи между крупными элементами скелета (каркаса). Таким образом, требования к составу смеси для вспененного битума отличаются для холодного ресайклинга от таковых для битумной эмульсии и цемента.

Содержание пылеватых (не глинистых) частиц при использовании в качестве вяжущего вспененного битума должно быть не менее 5 % по массе. На рис. 8 показаны кривые гранулометрического состава, рассматривающиеся как оптимальные для холодного ресайклинга со вспененным битумом [18]. Эти составы имеют достаточно широкий разброс, поэтому основной целью подбора является обеспечение непрерывного гранулометрического состава с минимальной пористостью минерального остова.

Рисунок 8. Рекомендуемые пределы гранулометрического состава для вспененного битумом. Зона A: идеальный состав; зона B: допустимый; зона C: слишком крупный материал, может быть исправлен введением мелких фракций; Зона D: слишком мелкий материал.

В случае применения цемента в качестве вяжущего, рекомендуемые гранулометрические составы определяются по уравнению Тэлбота [19]:

y = 100 x (d/D)0,4

где: y – проход через сито с минимальным диаметром для выбранной фракции d, мм, % по массе;

D - максимальная крупность заполнителя в мм.

6.2. Требования к вяжущим материалам

Ресайклинг с битумной эмульсией: Характеристики битумной эмульсии зависят от обрабатываемого материала.

Чаще всего встречается три случая:

Первый случай (случай A) соответствует стабилизации несвязанных материалов (или когда ими представлен практически весь ресайклируемый слой). Этот случай сходен с обработкой битумной эмульсией каменного материала или грунта. Химические характеристики эмульсии определяются количеством и минералогическим составом мелкой и пылеватой фракций.

Самыми подходящими для холодного ресайклинга считаются катионные «сверхустойчивые» эмульсии (табл. 4). Тип и марка битума для приготовления эмульсии зависит от транспортной нагрузки и климатических условий. Для низкой транспортной нагрузки в умеренном климате можно использовать битум с пенетрацией при 25 °C между 70/100 и 180/220.

В Скандинавии, где зимы более суровы, используется битум с пенетрацией до 400мм-1, или битум с маркой по вязкости в пределах V6000 - V12000, особенно в случае значительных «вертикальных колебаний» грунтов или температур с частыми переходами через 0 0С. Для некоторых типов каменных материалов (известняки) могут использоваться анионные битумные эмульсии.

Второй случай (случай B) типичен для холодного ресайклинга битумоминеральных смесей в Европе из материала с непрерывным гранулометрическим составом и низким содержанием мелких фракций. В данном случае европейские нормы рекомендуются медленнораспадающиеся катионные эмульсии на основе маловязких битумов (с учетом старого вяжущего).

Третий случай (случай C) типичен для холодного ресайклинга битумоминеральных смесей в США для ресайклинга верхнего слоя дорожной одежды с открытым гранулометрическим составом. Рекомендуется применять катион - или анионактивные битумные эмульсии (со средней скоростью распада), содержащие значительное количество раствори%).

Указанные три случая приведены в табл. 4 с рекомендациями стандартов CEN. В США технические данные для нижних битумоминеральных слоев дорожного покрытия даны в AASHTO M226 и AASHTO M20.

Таблица 4.

Рекомендации по выбору битумной эмульсии для холодного ресайклинга

Свойства эмульсии	Стандарт	Характерный случай
А	В	С
Содержание битума	EN 1428	5%	6%	6%
Скорость распада, мин.	pr EN 13075-1	> 160		8
Время смешивания с мелким заполнителем, сек.	pr EN 13075-2	> 180	> 180	-
Расход цемента как стабилизатора, % по массе заполнителя	pr EN 12848	≤ 2	-	-
Адгезия в воде	pr EN 13614	≥ 75 %	≥ 75 %	≥ 75 %
Основные свойства старого битума (EN 1431)	Пенетрация	EN 1426	В соответствии с транспортными нагрузками, климатическими условиями и вязкостью старого битума
Температура размягчения	EN 1427
Вязкость	EN 12595
Содержание растворителя (% по объему)	EN 1431	0 - 2 %	0 - 2 %	%

Следует отметить, что во всех случаях эмульсионная технология дает возможность более широкого регулирования свойств материалов, в особенности в части адгезии битума и стабильности свойств материала.

Возможный тип растворителя для старого битума – легкие нефтепродукты. Они позволяют сбалансировать соотношение асфальтенов и мальтенов и таким образом восстановить определенную пластичность и стойкость к низким температурам. Однако холодный ресайклинг на месте не позволяет полностью восстановить свойства старого битума, в этом случае он, разжижаясь с поверхности, скорее работает как дополнительная смазка, облегчая уплотнение. Передозировка эмульсии может ухудшить стабильность смеси и повысить «скользкость» рабочей поверхности покрытия.

Ресайклинг со вспененным битумом: битум, рекомендуемый для вспенивания в умеренном климате, имеет пенетрацию, обычно около 100 [8]. Более вязких марок избегают из-за риска образования некачественной пены, что приводит к ухудшению однородности распределения вяжущего вещества в смеси. В более холодных регионах используется менее вязкий битум (табл. 5). Следует отметить, что во многих странах от пенетрации как характеристики битума отказываются, переходя на определение вязкости битума при фиксированной температуре или к определению вязкости битума ротационным вискозиметром в точке размягчения по КиШ.

Таблица 5.

Рекомендации для выбора битума для условий Норвегии

Среднегодовая температура, (°C)	Марка битума по вязкости(V) или пенетрации,
<3	V6
3 - 6	V6000 – 12000, 330/430,
> 6	V12000, 160//430,

Знания только пенетрации недостаточно, чтобы определить, подходит ли битум для вспенивания. Дополнительно рекомендуется рассматривать еще две характеристики:

- относительное расширение, ER, которое является отношением максимального объема пены относительно начального объема битума;

- период полураспада пены, τ1/2 - критерий стабильности пены, или время в секундах, за которое пена теряет половину исходного объема.

На качество и характеристики пены влияет ряд факторов, главными из которых можно считать (при прочих равных условиях) количество введенной воды и температура битума (рис. 9).

Рисунок 9. Влияние количества воды и температуры битума на значения кратности и периода полураспада пены.

Обычно задаваемые значения ER – более 10, τ1/2 - приблизительно 20 – 30 с (некоторые организации назначают время полураспада 15 с, измеряемые с момента завершения ввода воды), значения ER = 7 и τ1/2 = 7 расцениваются как минимально допустимые. Эти минимумы следует рассматривать не раздельно, а в комбинации друг с другом.

Для обычного битума без пенообразователей необходимо подобрать такие параметры вспенивания, чтобы оптимум состава при вспенивании совпадал с показателем FI, который объединяет коэффициенты ER и τ1/2 [20]:

где τ1/2 - период полураспада пены, сек;

ts - время выгрузки всей пены (в сек);

ERm максимальное измеренное относительное расширение немедленно после выгрузки (кратность пены);

с - коэффициент, определяемый по диаграммам.

В табл. 6 показана пригодность вспененного битума для холодных смесей в зависимости от температуры каменного материала с учетом значения FI.

Таблица 6.

Классификация пригодности вспененного битума для холодных смесей

Значение FI	Температура обрабатываемого материала
15 °C	25 °C
<75	непригоден	непригоден
7	почти непригоден	недостаточно пригоден
	недостаточно пригоден	умеренно пригоден
	умеренно пригоден	пригоден
	пригоден	рекомендуется
> 200	рекомендуется	рекомендуется

Обычно рекомендуется выбирать значение FI более 125. Если температура каменного материала перед смешиванием составляет от 10 до 15°C, пена должна иметь период полураспада по крайней мере 20 сек при минимальном коэффициенте вспенивания FI 500. При температуре каменного материала менее 10°C обработка вспененным битумом не производится.