В., А., Е.
Концепция инновационного развития дорожного хозяйства Среднего Урала
В проекте концепции инновационного развития дорожного хозяйства Среднего Урала предложены пути инновационного развития региональных дорожных хозяйств в Урало-Сибирской дорожно-климатической зоне, на примере Свердловской области. Наряду с происходящими прогрессивными системными изменениями в региональных дорожных хозяйствах сохраняются проблемные «узкие места»: неравномерность охвата территории автодорожной сетью, «недоремонт» покрытий и износ конструкций дорожных одежд, недостаточное технологическое развитие производственной базы подрядных организаций, нехватка финансирования на осуществление полномасштабных дорожных работ и территориальное развитие сети.
В итоге – несоответствие уровня развития транспортно-технологического комплекса и автомобильных дорог современным требованиям к нагрузкам на дорожные одежды, асфальтобетонным покрытиям, проявление пластических деформаций (в виде колейности), уменьшение межремонтного периода покрытий до 3–5 лет.
Отсутствие достаточных технических и финансовых средств для своевременного и качественного ремонта автодорог с применением современных технологий, конструкций и материалов затрудняет поддержание дорожной сети на нормативном транспортно-эксплуатационном уровне. Практически не применяется полимерно-битумное (ПБВ) и резинобитумное (РБВ) вяжущие, мало используются эффективные битумно-эмульсионные технологии, методы холодной регенерации и восстановления асфальтобетонных покрытий, технологии устройства тонкослойных слоев износа для поддержания в хорошем эксплуатационном состоянии покрытий автодорог и мостов.
Неразвиты также институциональные механизмы внедрения технологических инноваций на федеральном и региональном уровне. Отсутствует эффективная система внедрения инноваций, их финансовое обеспечение в программе дорожных работ. Заказ НИОКР по разработке и внедрению новых технологий носит несистемный, нестабильный и отрывочный характер. На региональном уровне практически не разрабатывается нормативно-техническая документация (СТО) по внедрению инноваций в производство.
Требует технического и технологического обновления производственная база (организация производства высококачественных вяжущих, битумных эмульсий, кубовидного щебня и модифицированных асфальтобетонных и щебеночно-мастичных смесей для дорожно-строительных и ремонтных работ).
Необходима разработка региональных норм и стандартов организации на инновационную продукцию с целью использования в проектной документации и осуществлении дорожных работ по инновационным технологиям, схема такой разработки предложена Управлением автомобильных дорог на конкурсной основе (рис.1).
|
Рисунок 1 – Принципиальная схема конкурсной разработки и внедрения инноваций при проектировании и строительстве автомобильных дорог [1]
На основании анализа апробируемых и внедряемых в дорожном хозяйстве Свердловской области новых дорожных технологий и материалов разработан каталог новых технологий, техники и материалов, рекомендуемых к внедрению в условиях регионального дорожного хозяйства Среднего Урала, часть основных технологий и материалов представлена в табл. 1.
Перечень новых технологий может быть применим к любому региональному дорожному хозяйству со сходными природно-климатическими и дорожными условиями (Пермская, Тюменская, Челябинская область, юг ХМАО и др.). Новые дорожные технологии, надежные и сдвигоустойчивые конструкции покрытий и оснований дорожных одежд, а также эффективные добавки к асфальтобетону (резиновые модификаторы, полимеры), должны найти скорейшее широкое применение в дорожных работах при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и восстановлении асфальтобетонных покрытий дорожных одежд. Необходимо осуществлять научно-техническое сопровождение внедрения инноваций.
Согласно выполненным технико-экономическим расчетам, по данным института «УралГИПРОДОРНИИ», только применение модификатора асфальтобетона КМА КОЛТЕК® в дорожных покрытиях дает ожидаемую экономическую эффективность за жизненный цикл дорожного объекта в региональных условиях эксплуатации, в зависимости от категории региональной автодороги – от 10 до 36 млн. руб. [2]
Сложность организации и управления механизмом внедрения инноваций заключается в неразвитости законодательной базы финансирования соответствующих работ по заказу исполнительных органов управления региональными автомобильными дорогами. В составе ежегодно планируемых дорожных работ должно быть закреплено финансирование НИОКР, обеспечивающих внедрение в региональном дорожном хозяйстве технологических инноваций по актуальным темам и направлениям. Для дорожного хозяйства Свердловской области минимально необходимый объем НИОКР должен составлять 10-12 млн. руб./год (разработка 5-6 актуальных региональных тем), с последующим увеличением до 20-25 млн. руб./год. Эффективные технологические инновации должны иметь преимущества при проектировании региональных дорог повышенной технической категории (I - II), а также международных транспортных коридоров, имеющих высокую транспортную нагрузку.
Таблица 1 – Перечень некоторых перспективных дорожных технологий и материалов, рекомендуемых к применению в дорожном хозяйстве, на примере Свердловской области
№ п/п | Наименование новых технологий и материалов |
1 | Устройство щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) с минеральными (Хризотоп) и резинированными стабилизирующими добавками (КМА, УНИРЕМ) |
2 | Тонкослойные слои износа из модифицированных асфальтобетонных смесей, устраиваемые спецтехникой «Фогель Супер Джет 1600» (по типу «Новачип», «Тонфриз») |
3 | Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) и полимерасфальтобетон (ПАБ) для покрытий дорог, мостов и путепроводов, на основе термоэластопластов стирол-бутадиен-стирола (СБС) и ПАВ |
4 | Слои износа из литых эмульсионно-минеральных смесей (по типу «Сларри-Сил») |
5 | Шероховатая поверхностная обработка с синхронным распределением вяжущего (битума, эмульсии) и кубовидного щебня узких фракций 5-10, 10-15 мм (технология «Чип-Сил») |
6 | Инъекционный способ ямочного ремонта эмульсионно-минеральной смесью (выполняемый машинами , БЦМ-24; Верхнее-Уфалейского завода «Дормаш», УДН-1 и др.) |
7 | Вибролитой асфальтобетон для устройства проезжей части мостов и путепроводов |
9 | Катионные битумные и битумно-латексные эмульсии (ЭБК-1, ЭБК-2, ЭБК-3), производимые на региональной битумно-эмульсионной базе (по типу «ЭМУЛЬДОР»®) |
10 | Минеральный порошок на основе талькомагнезита, активированные минеральные порошки из местных материалов, в том числе зол уноса |
11 | Адгезионные присадки к битумам и ПБВ («Амдор», «Колтек», «АД-1», БП-3 и др.) |
12 | Кубовидный щебень узких дорожно-строительных фракций (5-10, 10-15, 15-20, 10-20 мм) из местных материалов Среднего Урала (габбро, диориты, гранодиориты) |
13 | Мембранные технологии устройства трещинопрерывающих прослоек при ремонте асфальтобетонных покрытий, по технологии ГП «БелдорНИИ» |
14 | Грав-эмульсии для строительства и ремонта низкокатегорийных, сельских, карьерных дорог |
15 | Гранулированный концентрат резинобитумного вяжущего (РБВ), по типу производимого на предприятии «МАДИКОР» (РБ) |
16 | Резинобитумные мастики и герметики для заливки температурных швов и трещин дорожных покрытий, проезжей части искусственных сооружений. |
17 | Гидроизоляционные напыляемые покрытия на основе полимочевины, по типу «Колфлекс» |
18 | Шлаковые смеси металлургических предприятий Свердловской области (НТМК, СМЗ, СЗФ), устройство самоомоноличиваемых оснований автомобильных дорог из щебеночно-песчаных шлаковых смесей (технология «Монолит») |
19 | Холодная регенерация дорожных одежд, выполняемая машинами-ресайклерами типа RACO-550, WIRTGEN, со слоями стабилизации из переработанных эмульсионно-минеральных смесей, используемыми в качестве оснований автодорог, укрепления обочин |
20 | Системы масляного нагрева битумов на битумных базах, АБЗ (, г. Омск) |
21 | Современные геосинтетические материалы для укрепления земляного полотна, откосов, армирования дорожных одежд: нетканые и тканые синтетические материалы, геосетки, объемные георешетки (торговых марок «ГЕКСА», «Славрос», «Стеклонит», «Колбонд» и др.) |
22 | Световозвращающая износостойкая дорожная разметка (по типу «АКРА-ДОР») на основе акриловых смол и микросфер (стеклошариков), наносимая безвоздушным способом (машинами типа РДТ-210). Холодные и термопластики для разметки региональных дорог. |
23 | Технология оперативной ликвидации ямочности холодными смесями по типу «РЕНОСФАЛЬТ» в период отрицательных температур. |
Внедрение новых технологий и материалов на региональной дорожной сети.
Развитие метода и схем назначения ремонта дорожных покрытий на региональной дорожной сети Свердловской области.
Назначение капитальных и текущих ремонтных работ осуществляется в процессе управления автомобильными дорогами на основе данных диагностики покрытий автомобильных дорог по технико-эксплуатационным параметрам – ровности, прочности (модулю упругости), коэффициенту сцепления (для обеспечения безопасного движения транспортных средств), продольным и поперечным уклонам, наличию дефектов и их характеру, в соответствии с нормативно-техническими документами и показателями, относящимися к данной категории дороги и интенсивности ее эксплуатации (расчетным и фактическим нагрузкам, расчетной и фактической интенсивности движения транспортного потока).
При назначении ремонтных работ учитывают нормативную базу данных, технические и экономические показатели дороги, а также выделяемые финансовые ресурсы на ремонт дорожной сети. В условиях ограниченности средств, выделяемых на ежегодный ремонт региональных автодорог, предпочтение должно отдаваться современным и прогрессивным (инновационным) дорожным технологиям и материалам, обеспечивающим максимальные межремонтные сроки и качество дорожных покрытий.
За интегральный критерий назначения ремонтных технологий [3] можно принять формулу проф. А. П. Васильева (МАДИ), оценивающую транспортные издержки через прирост комплексного показателя (КПi) транспортно-эксплуатационного состояния дороги (до и после ремонта). Сложным моментом в данной методике является отсутствие критерия выбора технологии и материалов, соответствующих условиям эксплуатации ремонтируемого участка автодороги. При наличии большого разнообразия ремонтных технологий эффективность их применения в том или ином случае неочевидна. На основе анализа опыта выполнения ремонтных работ в региональном дорожном хозяйстве Свердловской области, нами предложена схема назначения новой ремонтной дорожной технологии и материалов, а также оценочные межремонтные периоды эксплуатации участков дорог с асфальтобетонным покрытием, в зависимости от интенсивности движения транспортных средств и категории дороги. Схема назначения ремонтной инновационной технологии приведена в обощенном виде в табл. 2. Данный подход показал действенность и эффективность применения в региональных условиях на протяжении последних нескольких лет при выборе ремонтных технологий и материалов. Ранее необоснованно назначались технологии ремонта (например, «Чип-Сил» и «Сларри-Сил») на интенсивно эксплуатируемых участках дорог, и эффект от проведения ремонтных работ был незначителен: слой износа не обеспечивал межремонтные сроки эксплуатации. В настоящее время, с появлением таких технологий и материалов, как «Новачип» и ЩМА, износостойкость покрытий, находящихся в тяжелых условиях эксплуатации, можно существенно увеличить.
Таблица 2 – Назначение ремонтной дорожной технологии и прогнозные показатели срока службы отремонтированного асфальтобетонного покрытия
(на основе опыта регионального дорожного хозяйства Свердловской области)
Интенсивность движения, авт./сут., региональная сеть автодорог | Тип устраиваемого покрытия, слоя износа, вид применяемой технологии | Межремонтный срок, лет (прогноз стойкости слоя) | Гарантийный срок, лет (обязательства подрядчика) |
Свыше 10000 (I-II категория)* | Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА-20) | 8 | 5 |
Тонкослойное асфальтобетонное покрытие (по технологии «Новачип») | 8 | 5 | |
Мембранная технология (на основе ПБВ) | 8 | 5 | |
Свыше 6000 (II категория) | ЩМА – 20, ЩМА-15 | 7 | 5 |
Тонкослойное покрытие («Новачип») | 8 | 6 | |
Асфальтобетон тип А, ПБВ | 7 | 5 | |
ЛЭМС, тип II, (технология «Сларри-Сил») | 3 | 2 | |
От 2000 до 6000 (III категория) | ЩМА – 15, ЩМА – 10 | 8 | 5 |
Асфальтобетон тип А, добавка полимера, КМА | 8 | 5 | |
ЛЭМС, тип I (технология «Сларри-Сил») | 4 | 3 | |
«Чип-Сил» | 3 | 2 | |
ШПО** | 2 | 2 | |
До 2000 (IV-V категория) | «Чип-Сил» | 4 | 2 |
ШПО** | 3 | 2 | |
Втапливание щебня*** | 4 | 3 |
* – преимущественная категория дорог, относящихся к соответствующей графе;
** – при невозможности устройства слоя износа по технологиям «Чип-Сил», «Сларри - Сил»;
*** – при устройстве шероховатого покрытия на момент строительства (реконструкции) и ремонта по свежеуложенному слою асфальтобетона типов Б, В.
Окончательное решение принимается Заказчиком с учетом диагностики объекта, всех выявленных дефектов дорожного покрытия и основания, разовой осевой нагрузки большегрузных транспортных средств, с учетом экономических возможностей применения новой технологии и общего финансирования дорожных работ.
На рис. 2 приведена схема наиболее интенсивно эксплуатируемых региональных автомобильных дорог в Свердловской области: кольцевая автомобильная дорога вокруг города Екатеринбурга (ЕКАД), автодороги: Екатеринбург – аэропорт Кольцово, Екатеринбург – Серов, участки федеральных автомобильных дорог Пермь – Екатеринбург, Екатеринбург – Тюмень, М5 «Урал» (подъезд от г. Челябинска), на которых необходимо выполнять ремонтные работы с применением более эффективных ремонтных технологий и устройством износостойких материалов покрытий (ЩМА, ПБВ, РБВ, с применением модификаторов на основе резины и полимеров против колейности). Именно на данных участках региональных автодорог с высокой интенсивностью движения и нагрузкой на ось необходимо применять технологию устройства тонкослойных покрытий «Новачип» для устройства долговечных слоев износа.
ноябрь 2011\Схема по стратегии ремонта\1. карта области (100 км вокруг Екатеринбурга) интенсивность.JPG" width="502" height="609"/>
Рисунок 2 – Схема региональных автодорог Свердловской области вокруг г. Екатеринбурга, рекомендуемых к строительству с покрытиями из ЩМА и ремонту по новым технологиям («Новачип», «Сларри-Сил»):
Толщина линии характеризует эпюру интенсивности движения, обозначенную на схеме цифрами, авт./сут. Наиболее загружены движением автомобильные дороги: ЕКАД, Екатеринбург – аэропорт Кольцово, подъезды к г. Екатеринбургу от федеральных автодорог М5 «Урал», Екатеринбург – Тюмень, Екатеринбург – Пермь и др.
Разработка и внедрение в региональном дорожном хозяйстве Свердловской области новых технологий и материалов.
Технология устройства тонкослойных износостойких покрытий («Новачип»)
Устройство тонкослойных асфальтобетонных слоев по технологии «Новачип» осуществляется специальной дорожной техникой – асфальтоукладчиком с навесным оборудованием для дозирования и розлива катионной битумной эмульсии перед распределением асфальтобктирнной смеси. Такой тип оборудования производится пока только за рубежом (например, компанией «Фогель», Германия). Для внедрения технологии «Новачип» в Свердловской области подрядной организацией был приебретен подобный асфальтоукладчик, оснащенный эмульсионным гудронатором марки Vogele Super SF 1800, Эффект подгрунтовки битумной эмульсии перед укладкой горячей смеси состоит в термодинамическом ударе паров воды при прокипании битумной эмульсии через слой свежеуложенной асфальтобетонной смеси. Происходит процесс заполнения битумной эмульсией и остаточным вяжущим всех пор асфальтобетонной смеси и нижележащего асфальтового покрытия. Битумная эмульсия поднимается на 2/3 толщины слоя укладываемой асфальтобетонной смеси. При этом обеспечивается высокая адгезия вновь уложенного слоя износа к поверхности старого асфальтового покрытия.
|
Рисунок 3 – Устройство тонкослойных покрытий по типу «Новачип»
Преимущества технологии «Новачип» перед используемыми ранее методами поверхностной обработки «Сларри-Сил» и «Чип-Сил» заключаются в следующем:
– создается более прочный в структурно-механическом отношении слой износа за счет использования горячей, приготовленной в установке на АБЗ многощебенистой смеси по типу ЩМА (фр. 5-10 мм);
– достигается максимальная эксплуатационная надежность покрытия (многощебенистая смесь плюс каучуковая добавка КМА) за счет повышенной стойкости уложенного слоя к износу, возникающему под высокими и сверхнормативными транспортными нагрузками;
– обеспечивается высокая адгезия и когезия нового слоя к поверхности защищаемого покрытия за счет сцепления и заклинивания в порах минерального наполнителя и покрытия полимерно-битумным вяжущим от распавшейся битумной эмульсии (эффект «жидкие гвозди») – основное преимущество применения технологии «Новачип»;
– образуется слой поверхностной обработки, позволяющий обеспечивать надежное удерживание щебня в слое износа, выдерживать транспортную нагрузку свыше 20000 автомобилей в сутки, что дает возможность применять технологию на автомобильных дорогах I категории;
– появляется возможность движения по дороге сразу после уплотнения слоя износа (после остывания и формирования слоя износа, через 1,5-2,0 ч);
– снижается уровнь шума при движении автомобиля благодаря обеспечению нормативной ровности покрытия и микрошероховатости, создаваемой ЩМА-10;
– повышается безопасность дорожного движения за счет Кс более 0,5.
Технология «Новачип» впервые применена в Свердловской области в 2011 году при проектной проработке участка ремонта автодороги III категории: г. Екатеринбург – г. Реж – г. Алапаевск, на км 58 – км 98. был устроен пробный участок протяженностью 4,4 км, за которым ведется мониторинг [1, 30]. Планируется, что технология «Новачип» будет широко использоваться с 2012 года на дорогах с более высокой интенсивностью движения, в частности на автомобильных дорогах: г. Екатеринбург – г. Нижний Тагил – г. Серов и кольцевой автодороге вокруг города Екатеринбурга. В 2012г. выполнены работы по устройству тонкослойного покрытия «Новачип» в г. Екатеринбурге (проспект Ленина, от ул. Вайнера до ул. Московская).
Производительность машины Vogele Super SF 1800 позволяет проводить работы по технологии «Новачип» на протяжении свыше 120 км в дорожный сезон, по опыту работы аналогичных асфальтоукладчиков в г. Санкт-Петербурге (в корпорации «ВАД»).
Результаты устройства и мониторинга опытных участков на автомобильных дорогах Свердловской области – положительные.
Перспективные технологии и материалы
Перспективными инновационными проектами, частично реализованными в условиях дорожного хозяйства Свердловской области, являются инновационные технологии:
- вибролитой асфальтобетон для устройства и гидроизоляции проезжей части мостов. Внедрен в 2011г. с положительными результатами при строительстве участка кольцевой автомобильной дороги вокруг г. Екатеринбурга (а/д Екатеринбург – Серов – а/д Пермь – Екатеринбург. Объекты: мост через р. Исеть; путепровод на ЕКАД. Использование вибролитого асфальтобетона позволяет: надежно защитить мостовые конструкции от проникновения влаги, снизить опасность коррозии бетона; сократить время и средства на устройство гидроизоляции проезжей части моста, повысить производительность и качество дорожных работ; уменьшить количество гидроизолирующих слоев покрытия мостового полотна. Экономический эффект достигается как на единовременных, так и приведенных затратах, по продлению срока службы моста и железобетонных пролетных строений [1, 28];
- мембранная технология (трещинопрерывающая) для ремонта дорожных покрытий, в том числе цементобетонных, с применением эластичного полимерно-битумного вяжущего. В данной технологии может быть использовано вновь разработанное ПБВ (на основе местных материалов) по пат. № 000;
|
Рисунок 3 – Устройство тонкослойных покрытий по типу «Мембранной технологии»
- резионасфальтобетонные дорожные покрытия (пи типу А и ЩМА) с использованием гранулированной добавки КМА КОЛТЕК®. Грануляция модификатора обеспечивает его более полное (без потерь на АБЗ) вовлечение в процесс приготовление асфальтобетонной смеси и дополнительный эффект от модифицированного вяжущего в составе гранул;
- грав-эмульсионные смеси по типу «Эмульдор»® для эффективного и экономичного ремонта и поддержания в эксплуатационном состоянии низкокатегорийных (сельских, муниципальных) автодорог с переходным типом покрытия, а также для обеспыливания карьерных дорог. Готовятся в мобильной или стационарной установке на основе местного каменного материала (ПЩС, отсевы дробления) холодным способом с применением катонных битумных эмульсий по типу «Эмульдор»®. Технология осваивается в , г. Михайловск, при научно-техническом сопровождении ГП «БелдорНИИ»;
|
Рисунок 3 – Устройство покрытий из грав-эмульсионных смесей
- гидроизоляционные покрытия мостовых сооружений и бетонных дорожных конструкций (барьерные ограждения типа «Нъю Джерси) на основе полимочевины, технология «Колфлекс», один из наиболее эффективных и долговечных составов гидроизоляционного покрытия для искусственных дорожных сооружений (рассматривается к применению в условиях Свердловской области);
|
Рисунок 3 – Устройство гидроизоляционного покрытия на основе полимочевины
- модифицированный полимерными добавками производства PR-Industri цементоасфальтобетон для особо тяжелых условий эксплуатации покрытий (подъезды и площадки транспортно-логистических центров, транспортные развязки и др.), обеспечивает высокий модуль упругости, прочность, сдвигоустойчивость и износостойкость дорожного покрытия при сверхнормативных нагрузках от тяжелых грузовых транспортных средств.
Концепция регионального битумного завода (РБЗ)
Для обеспечения инновационных технологий в региональном дорожном хозяйстве необходимо собственное независимое производство дорожных вяжущих материалов высокого качества: улучшенных битумов, полимерно-битумных вяжущих и катионных битумных эмульсий (по типу «Эмульдор», ранее производившихся на Сухоложской битумно-эмульсионной базе, входившей в состав производственной базы дорожного хозяйства свердловской области, в настоящее время – производство возобновляется).
Региональный битумный завод, производящий основную продукцию из высококачественного нефтяного сырья (мазутов, тяжелых нефти, имеющей необходимый групповой состав, оптимальное и подобранное компаундированием соотношение углеводородов), в отличие от битумов из нефтяных остатков НПЗ (асфальтов деасфальтизации, крекинг-остатков) позволяет обеспечить высокое качество битумной продукции (основы ПБВ и катионных битумных эмульсий) для реализации новых технологий. Схема РБЗ представлена на рис. 5
Основные выводы:
1. Развитие транспортной сети Уральского региона необходимо осуществлять на основе эффективных дорожно-строительных технологий и материалов, особенно в части современных асфальтобетонных покрытий, стойких к образованию пластических деформаций (основная причина колейности), с учетом дорожно-климатических условий, воздействия возрастающих нагрузок на ось и высокой интенсивности движения транспортного потока.
2. Существует необходимость развития эффективных ремонтно-восстановительных технологий на основе катионных битумных эмульсий, полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) и модифицированных резиновыми модификаторами асфальтобетонных смесей. Обоснована организация производства ПБВ, РБВ в местных условиях на региональном битумном предприятии дорожного хозяйства с применением СБС-модификаторов, резиновой крошки и адгезионных добавок. Состав ПБВ и ЩМА на его основе запатентован Управлением автомобильных дорог, патент РФ на изобретение № 000.
3. Ключевая роль в обновлении нормативной базы внедрения инноваций принадлежит региональным НИОКР по разработке нормативных документов технического регулирования в дорожном хозяйстве (СТО, ТР, ЕНиР). В рамках сотрудничества с ГП «РосдорНИИ», «БелдорНИИ» в 2010-2012 гг. внедрены новые технологии «Новачип» и вибролитой асфальтобетон. Ряд технологий требуют обновления нормативных документов, для более широкого и эффективного применения в региональном дорожном хозяйстве Свердловской области (Новачип, мембранная технология, Сларри-Сил, Чип-Сил и др.).
4. Существует необходимость разработки системы стимулирования дорожных организации, которые применяют новейшие технологии и материалы, приобретают современное оборудование, новую технику, модернизируют производственную базу, участвуют в создании в Свердловской области производственных мощностей по выпуску прогрессивных дорожно-строительных материалов, а также активно и плодотворно сотрудничают с отраслевой наукой.
Основные порталы (построено редакторами)