Разности в значениях, рекомендуемых нормами различных стран, объясняются различиями в свойствах обрабатываемых материалов и принятой в этих странах главной практической целью холодного ресайклинга на месте - стабилизацией рыхлого материала или ресайклингом битумоминеральных слоев.

Механические свойства, которые рассматривают в качестве базовых характеристик для проектируемого состава:

- предел прочности при сжатии или стабильность в сухом и водонасыщенном состоянии - главные показатели долговечности;

- модуль упругости - как склонность к остаточным деформациям.

В настоящее время стойкость к образованию колей и усталостных трещин на слоях холодного ресайклинга в достаточной степени не исследованы и не нормируются.

Ниже приведены требования к ресайклированным слоям дорожных одежд, принятые в различных странах с учетом возможности их применения (в первом приближении) при работах в нашей стране.

Требования для материалов, обработанных битумной эмульсией, обычно подразумевают введение показателя минимально допустимой величины сопротивления материала сжимающей нагрузке. Так, в Канаде эти требования составляют:

- для измельченного каменного материала и смесей фрезерованного асфальтобетона и измельченного сортированного каменного материала - от 0,40 до 0,80 МПа;

- для укрепленного рыхлого материала - от 0,25 до 0,50 МПа.

Требования к упругости (жесткости) материала обычно характеризуются модулем Юнга. Во Франции рекомендуемые пределы модуля Юнга через 6 месяцев после устройства слоя методом холодного ресайклинга составляют:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

- несвязанный рыхлый материал, стабилизированный битумной эмульсией - 1МПа;

- вторичный материал с эмульсией, включая% фрезерованного асфальтобетона - 2МПа;

- вторичный материал с эмульсией и с более чем 90 % фрезерованного асфальтобетона - 3МПа.

После нескольких лет эксплуатации значения модуля Юнга для кислых каменных материалов составляют приблизительно 4000 МПа.

Для материалов, обработанных вспененным битумом, рекомендуется классификация Южной Африки [27], табл. 9, которая объединяет результаты испытаний на косвенное растяжение и на неограниченное сжатие.

Таблица 9.

Классификация материалов, обработанных вспененным битумом

Предел прочности при косвенном растяжении при 25 °C (кПа)

предел прочности при неограниченном сжатии при 25 °C (кПа)

FB4

FB3

1

FB2

FB1

Класс FB4 предназначен для дорог с минимальной транспортной нагрузкой, класс FB1 - для дорог достаточно высоких категорий (по классификации, принятой в Российской Федерации – примерно для дорог III-IV категории).

Низкие значения прочности, возможно, не будут гарантировать достаточную долговечность ресайклированного слоя, работающего во влажных условиях.

В Южной Африке считается, что испытания на косвенное растяжение и на неограниченное сжатие не идеальны для определения характеристик холодных битумоминеральных смесей. Трехосное сжатие дает более достоверные и фундаментальные свойства, но не используется для повседневного контроля и анализа для обычных смесей из-за длительности и высокой стоимости испытательного оборудования.

Для ресайклинга битумоминеральных материалов в Великобритании рекомендуются целевые значения жесткости, определяемые Ноттингемским испытательным прибором (Nottingham Asphalt Tester) - минимальный модуль жесткости при косвенном растяжении - 2000 МПа для индивидуальных результатов и 2500 МПа для среднего значения по испытаниям серии [4].

7.5. Требования к слою износа

Слой, обработанный битумной эмульсией или вспененным битумом, должен быть перекрыт слоем из горячего асфальтобетона или, по крайней мере, поверхностной обработкой, чтобы:

- предохранить дорожное покрытие от осадков и износа;

- получить заданную текстуру и коэффициент сцепления.

Поверхностный слой (слой износа) должен быть уложен на ресайклированный слой через определенный период времени, чтобы закрываемый слой набрал прочность при условии обеспечения сцепления слоев.

Выбор типа слоя износа зависит от исходных материалов ресайклированного слоя в дорожном покрытии, транспортной нагрузки, климатических условий (необходимость защиты в зимний период и при использовании противогололедных реагентов), уровня содержания.

Например, слой ресайклинга с битумной эмульсией во Франции защищают в следующих случаях:

- для колесной нагрузки <200 стандартных осей в сутки (стандартная ось - 130 кН) слой закрывают поверхностным слоем износа - поверхностной обработкой или тонким (до 6 см) слоем асфальтобетона;

- для колесной нагрузки между 200 и 750 стандартных осей в сутки - тонким слоем асфальтобетона (4-6 см) и поверхностной обработкой.

При ресайклинге нижнего слоя толщина горячего асфальтобетонного покрытия будет зависеть от проекта конструкции, с минимальным значением толщины слоя горячего асфальтобетона, который предназначен только для защиты от повреждений нижнего, несущего ресайклированного слоя дорожного покрытия.

В Канаде (провинция Квебек) минимальная толщина защитного слоя покрытия - 50 мм для вспомогательных дорог и 70 мм для главных дорог. В США, согласно рекомендациям Института Асфальта для второстепенных дорог (число проходов стандартных осей ESAL <104 в сутки), защита покрытия может быть ограничена поверхностной обработкой; для более высоких нагрузок толщина асфальтобетонного покрытия – слоя износа изменяется от 50 до 130 мм.

Материалы, обработанные вспененным битумом стабилизируются и могут закрываться слоем износа почти сразу после завершения работ по ресайклингу, желательно устраивать слой износа только в том случае, если влажность в ресайклированном слое по крайней мере на 2 % ниже оптимальной влажности. Временной интервал зависит от климатических условий, в умеренном климате он составляет по меньшей мере 1 неделю.

8. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОГО РЕСАЙКЛИНГА

Примеры, приводимые в данном обзоре, подтверждают тезисы о гибкости технологии холодного ресайклинга и о возможности применения метода в различных климатических зонах. В то же время опытные дорожники могут оценить не только преимущества (это не рекламный проспект), но и недостатки метода, возможные технические и организационные трудности.

Квебек (Канада)

Холодный ресайклинг - методика, используемая в провинции Квебек (Канада) для восстановления участков дорожных покрытий, когда возникающие дефекты связаны с рабочими характеристиками верхней части дорожного покрытия, а не с явлениями, характерными для погодно-климатических воздействий или просадок нижних слоев земполотна.

Последовательность действий по холодному ресайклингу:

- измельчение дорожного покрытия на глубину до 300 мм. Если толщина слоев асфальтобетона более 150 мм, излишек материала удаляется предварительным фрезерованием из расчета, что восстанавливаемый материал не должен содержать более 50 % регенерированного асфальтобетона. Это ограничение введено из-за снижения модуля жесткости материала (вниманию проектировщиков: во многих странах рассчитывают не упругость, а жесткость слоев дорожных одежд);

- повторное формирование слоя и предварительное уплотнение, чтобы получить временное дорожное покрытие (рабочий слой) для работы тяжелого оборудования;

- введение в случае необходимости нового каменного материала для оптимизации гранулометрического состава материала, полученного после измельчения;

- повторное формирование слоя автогрейдером с перемешиванием добавленных каменных материалов для однородного распределения или исправления существующего профиля покрытия;

- первичное уплотнение;

- стабилизация предварительно уплотненного слоя эмульсией или вспененным битумом на глубину мм;

- полное уплотнение до требуемых проектом показателей;

- устройство защитного слоя после набора прочностисуток в зависимости от погодных условий).

Кейптаун (Южная Африка)

Холодный ресайклинг широко используется для восстановления существующих дорог в Южной Африке. На дороге № 7 около г. Кейптауна, участок четырехполосной дороги протяженностью 18,7 км был обработан методом холодного ресайклинга со вспененным битумом.

Это решение было компромиссным. Разумеется, оптимальным было бы использование существующего покрытия в качестве основания и устройство нового покрытия, однако стоимость таких работ была признана чрезмерной, в то время как результаты работ по оптимальному решению ненамного повышали эксплуатационные свойства покрытия по сравнению с ресайклингом.

До начала работ на выделенном участке реконструируемой дороги были проведены испытания для определения однородности материалов, проектирования составов и параметров работы ресайклера.

Весь комплекс испытаний был выполнен на образцах, отобранных из существующего покрытия, что позволило не только определить оптимальный тип и расход вяжущего, но и необходимость дополнительной стабилизации материала цементом. При выборе вяжущего рассматривались битумная эмульсия и вспененный битум. Лабораторные испытания включали статические и динамические испытания на трехосное сжатие с сопоставлением результатов для эмульсии и вспененного битума. По результатам испытаний выбрано содержание битума 2,3 % и 1 % цемента по массе материала.

Решение использовать вспененный битум, а не эмульсию, было принято прежде всего с учетом свойств материалов и требований уплотнения. Дополнительное присутствие воды в эмульсионных смесях, вместе с полевой влажностью, привело бы к превышению влажности уплотняемого материала на несколько процентов выше оптимального значения, ставя под угрозу качество уплотнения.

Существующий слой имел толщину 200 мм, в обработанный слой должна была быть включена часть основания из неукрепленного грунта. Фрезерование проводилось на глубину 250 мм. Вспененный битум и цемент вводились по всей ширине захватки на глубину 250 мм.

Гранулометрический состав материала на участке оставался стабильным с незначительными отклонениями. Выравнивание производилось сделано автогрейдером, излишек материала в количестве до 10 % отправлялся на АБЗ для других работ.

Уплотнение проводилось до достижения 101 % по модифицированному методу AASHTO или до 85 % максимальной плотности при оптимальной влажности. Уплотнение производилось статическими гладковальцевыми катками весом 18 тонн.

Поверхность износа устраивалась не ранее 2 суток после завершения работ по уплотнению. Слой износа состоял из слоя Cape Seal толщиной 19 мм. На отдельных участках с учетом погодных условий устройство слоя износа проводилось только через 3 недели.

Штат Луизиана (США)

Выполнено восстановление участка федеральной дороги № 000 около г. Батон-Руж. Покрытие - асфальтобетон - железобетон с непрерывным армированием толщиной 24 см, основание – 20 см укатанного щебня, нижний слой основания – грунт, укрепленный известью.

Согласно проекту требовалось удаление существующего верхнего слоя дорожного покрытия (20 см асфальтобетона) и верхнего слоя (5 см) железобетона. Для производства работ было приято решение использовать фрезерованный материал асфальтобетонных слоев. Фреза ресайклера была настроена таким образом, чтобы получать материал крупностью до 25 мм, для обеспечения оптимальной влажности (8 %) при обработке вводилось до 2 % воды. После удаления асфальтобетон обрабатывался в стационарной установке с добавлением вспененного битума и портландцемента.

Смесь из асфальтосмесителя загружалась в кузова самосвалов, которые доставляли обработанный материал с дальностью возки в пределах одной мили. Устройство покрытия производилось в два слоя. Первый слой укладывался толщиной 15 см, второй - 10 см (в уплотненном состоянии). Уплотнение каждого слоя производилось 5 проходами 14-тонного гладковальцевого катка со статическим уплотнением. Главная сложность при производстве работ состояла в обеспечении качества продольного стыка. Распределение материала по слоям производилось тяжелым грейдером.

Штат Мэриленд (США)

Существующее покрытие местной дороги имело трещины температурной усадки, колейность, и усталостные «аллигаторные» трещины, отмечались значительные выбоины и разрушение кромки проезжей части. Так как эта дорога была единственной, подходящей к госпиталю штата, движение транспорта на время производства работ полностью перекрыть было невозможно. С обеих сторон дороги на отдельных участках имелись бетонные водоотводные лотки.

Вновь устроенный слой с учетом нанесения слоя износа по верхней отметке должен был соответствовать верхней отметке лотков. Следовательно, обработанный подстилающий слой толщиной 100 мм должен был быть на 37,5 мм ниже верхней отметки лотков. Согласно проекту реконструкции, нижний слой покрытия устраивался методом холодного ресайклинга существующего материала с поперечными уклонами до 2 %. Ресайклинг проводился на полную ширину по каждой полосе (3,5 м). Старый материал покрытия фрезеровался и смешивался с вяжущим, подаваемым из цистерны, подавался в укладчик и распределялся на требуемую толщину за один проход. Уплотнение проводилось пневматическим 30-тонным катком и 12-тоннным виброкатком. При производстве работ производилось переключение движения на свободную полосу.

Движении по полосе ресайклинга было прервано на 7 суток, после чего участок был полностью открыт для движения.

Германия

С 1990 г. в Германии внедрен холодный ресайклинг с перемешиванием фрезерованного материала в стационарной установке совместно с битумными и минеральными вяжущими.

В 2006 г. городским советом Берлина было принято решение о реконструкции улицы «17 июня» - одной из основных транспортных артерий Берлина. Интенсивность движения по улице - более 50 тыс. автомобилей в сутки, на участке длиной 1000 м 8-полосного участка рядом с Шарлоттенбург было отмечено интенсивное трещинообразование и выкрашивание покрытия, в результате износа образовались колеи. Для ремонта несущего слоя покрытия использовалась технология холодного ресайклинга с применением WM-2200, оснащенным фрезой с шириной захватки 3,8 м, что позволило оптимально обрабатывать покрытие по полосам. Было переработано и уложено методом холодного ресайклинга 15 см асфальтобетона и 5 см железобетонного основания. Работы выполнены в течение 2 дней без полного перекрытия движения. Поверх слоя холодного ресайклинга устроен слой износа из горячего мелкозернистого плотного асфальтобетона толщиной 5 см.

Заключение

В настоящем обзоре рассмотрены основные моменты, связанные с холодным ресайклингом дорожных одежд на месте. Технология холодного ресайклинга, в отличие от других методов, в первую очередь требует наличия узкоспециализированного дорогостоящего оборудования (ресайклера), малопригодного для производства других дорожных работ. Такое оборудование позволяет получить достаточное качество при высокой производительности.

Холодный ресайклинг – технология, позволяющая в несколько раз ускорить работы по восстановлению несущей способности слоев дорожных одежд, особенно для дорог низших технических категорий.

Как и любая технология, холодный ресайклинг не универсален и имеет ряд недостатков и ограничений. До сих пор не имеется специальных методов подборов составов смесей, их испытаний, критериев назначения механически характеристик дорожных одежд.

В то же время успешный опыт работ за рубежом и в нашей стране свидетельствует о целесообразности внедрения данной технологии, что позволит снизить затраты на поддержание значительной части дорожной сети в нормативном состоянии и снизить потребление невозобновимых природных ресурсов – каменных материалов.

В дальнейшем планируется выпуск второй части обзора, непосредственно посвященной вопросам производства работ и организации контроля качества.

Литература

1. PIARC. Pavement Recycling Guidelines 78.02.E for In-place recycling with cement; In-place recycling with emulsion or foamed bitumen; Hot mix recycling in plant // La Defence Cedex – France. 20p.

2. FHWA, University of Rhode Island. Development of Performance Based Mix Design for Cold-In Place Recycling (CIR) of Bituminous Pavements Based on Fundamental Properties. // Research Report Findings CIR-02-01, FHWA, September 20p. No restrictions.

3. ARRA. Guidelines for cold-in-place recycling. //Asphalt Recycling and Reclaiming Association. Annapolis, USA, 2001, 176 p.

4. Milton L. J., Earland M. Design guide and specification for structural maintenance of highway pavements by cold in-situ recycling. //TRL report 386, Transport Research Laboratory, 1999, 79 p.

5. ARRA. Full depth reclamation, a century of advancement for the millennium. //Asphalt Recycling and Reclaiming Association. Annapolis, US, 1993, 136 p.

6. Muncy, S. G. Cold in-place recycling practices in North America. //5-th Eurobitume congress. 1993, Vol 1B, paper 4.39, pp 886-889.

7. Road Emulsion Association. The performance of roads constructed by cold in situ recycling 1// General Information Report 17, Energy Efficiency Office, Department of the Environment, United Kingdom, March 1994 р.90.

8. PIARC. Pavement: In-place Recycling Guidelines 08.07.B // La Defence Cedex – France. 20p.

9. Semi-Rigid Pavements. Publication No. 08.02.B, //PIARC, Paris (France), 1991. рр.1-2, 4-2.

10. Pavement Recycling Guidelines for State and Local Governments. //Publication No. FHWA-SA-98-042, Federal Highway Administration, Washington DC (USA), 1997 рр. 1-2.

11. Vorobieff, G. Australian experiences on subgrade stabilisation and pavement recycling. //Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001, pp. 1-2.

12. Neussner, E. The importance of stabilisation procedures. History and current practices in Germany. //Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001 pp. 1-2, 3-3.

13. Collings, D. C. Experiences gained from ten years of pavement rehabilitation by in situ recycling with cement and combinations of cement/bituminous stabilising. //Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001, pp. 1-2.

14. Diaz Minguela, J. State of the art of in situ subgrade stabilisation and pavement recycling with cement in Spain. //Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca ( Spain), 1 - 4 October 2001 (in Spanish), pp. 1-2.

15. Lefort, M. The state of cold in situ recycling of old pavements. Bulletin des laboratoires des Ponts et Chaussues, nє 212, Paris (France), November - December 1997 (in French), pp. 1-2, 4-1.

16. Life-cycle cost analysis in pavement design. //Report FHWA-SA-98-079, Federal Highway Administration (1998). Washington, DC, US.

17. Jacobson, T., Hornwall, F. Cold recycling of asphalt pavement. Mix in plant. //2nd Eurasphalt & Eurobitume Congress. 2000. Barcelona, Book 2, pp. 260-267.

18. Akeroyd, F. M. L., Hicks, B. J. Foamed bitumen road recycling.// Highways, January 1988.

19. Jasienski, A. and Rens, L. In situ recycling with cement. The Belgian experience. //Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001, pp. 3-1.

20. Jenkins, K., Collings, D., Theyse, H., Long, F. Interim guidelines: The design and use of foamed bitumen treated materials.// University of Stellenbosch, AA Loudon and Partners, CSIR Transportek. 2002, 43 p.

21. In Situ Recycling of Pavement Layers Using Cement. //Article 21, Specifications for Road Maintenance Works, Ministerio de Fomento, Madrid (Spain), 2002 (in Spanish), pp. 3-2, 8-1.

22. Cortue. J.-F. et al. The French Technical Guide on Soil Stabilisation with Lime and Hydraulic Binders. //Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001, pp. 3-3.

23. Neussner, E. The importance of stabilisation procedures. History and current practices in Germany. Proceedings, First International Symposium on Subgrade Stabilisation and In Situ Pavement Recycling using Cement, IECA - AEC - ATC, Salamanca (Spain), 1 - 4 October 2001, pp. 1-2, 3-3

24. In situ foamed bitumen stabilisation of pavement materials. Issue n°40. Department of Main Roads. Queensland Government (2001). Р. 42.

25. Cold recycling manual. November 1998. Wirtgen (1998).

26. Asphalt Cold-Mix Recycling. Manual series n°21, second edition, 1986,// Asphalt Institute (1986). Lexington, USA р. 96.

27. Road Emulsion Association. The Retread process. //Technical data sheet n°10. U.-K 2002, р. 1.

Стандарты, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТАХ

AASHTO M226 Viscosity-Graded Asphalt Cement.

AASHTO M20 Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials.

EN . Methods of test for petroleum and its products. Bitumen and bituminous binders. Determination of water content in bitumen emulsions. Azeotropic distillation method (Методы испытания нефти и нефтяных продуктов. Битум и битумные вяжущие. Определение содержания воды в битумных эмульсиях. Метод азеотропной перегонки). CEN, Brussels (Belgium), June 2000.

pr EN 13075-1. Bitumen and bituminous binders - Determination of breaking behaviour - Part 1: Determination of breaking value of cationic bituminous emulsions, mineral filler method.

pr EN 13075-2. Bitumen and bituminous binders - Determination of breaking behaviour - Part 2: Determination of fines mixing time of cationic bitumen emulsions.

Pr EN 12848. Bitumen and bituminous binders - Determination of mixing stability with cement of bituminous emulsions.

Pr EN 13614. Bitumen and bituminous binders - Determination of adhesivity of bitumen emulsions by water immersion test.

EN 1426:2007. Bitumen and bituminous binders. Determination of needle penetration (Битумы и битумные вяжущие. Определение пенетрации с помощью иглы). CEN, Brussels (Belgium), July 2007.

EN 1427:2007 Bitumen and bituminous binders. Determination of the softening point. Ring and Ball method. CEN, Brussels (Belgium), July 2007.

EN 12595:2007. Bitumen and bituminous binders. Determination of kinematic viscosity (Битумы и битумные связующие. Определение кинематической вязкости). CEN, Brussels (Belgium), July 2007.

EN 1431:2000. Methods of test for petroleum and its products. Bitumen and bituminous binders. Determination of recovered binder and oil distillate from bitumen emulsions by distillation (Методы испытания нефти и нефтяных продуктов. Битум и битумные вяжущие. Определение восстановленного вяжущего и нефтяного дистиллята из битумных эмульсий путем дистилляции). CEN, Brussels (Belgium), June 2000.

EN 197: Part 1. EN 197-1:2000: Composition, specifications and conformity criteria for common cements (Цемент. Часть 1. Состав, технические требования и критерии соответствия цементов общего назначения). CEN, Brussels (Belgium), June 2000.

ASTM Standard C595-03. Standard Specification for Blended Hydraulic Cements. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (USA), 2003.

ASTM Standard C150-02a. Standard Specification for Portland Cement. American Society for Testing and Materials. - West Conshohocken, Pennsylvania (USA), 2002.

European Prestandard ENV 13282. Hydraulic road position, specifications and conformity criteria for common cements. CEN, Brussels (Belgium), June 2000.

EN 12591:2000. Bitumen and bituminous binders. Specifications for paving grade bitumens. (Вещества вяжущие битумные и битуминозные. Технические условия на дорожный битум). CEN, Brussels (Belgium), June 2000.

DIN 9. Bitumen and coal tar pitch; determination of the flow time of the binders by the standard tar viscometer; test method (Битумные и угольные дегти и смолы. Определение времени истечения стандартным вискозиметром). Отменен в связи с запретом на применение каменноугольных смол, представляет интерес как метод испытаний.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5