Лекция 3
МАК технологии
Что такое МАК-технология. (MAC – Multigrade Asphalt Cement, краткая история появления и развития) Дороги с применением вяжущего на основе битумов\асфальтов известны уже более 125 лет. Несмотря на прогресс последних десятилетий, дороги по-прежнему остаются чувствительными к влиянию погодных факторов, что приводит к достаточно быстрой потере характеристик покрытий со временем. Сопоставление свойств покрытий дорог, построенных в Европе и США в 30-е – 50-е годы, с дорогами, построенными после 1970 г. позволило авторам данной инновации выделить определенную закономерность. На дорогах предыдущих десятилетий пленка битума на поверхности каменного материала была заметно толще, что приводило к большей внутренней прочности и пластичности покрытий, меньшей их склонности к старению и меньшей чувствительности к влиянию погодных факторов. Таким образом, основной идеей разработки МАК-технологии наряду с модификацией свойств битума стало стремление увеличить толщину пленки битума, формирующейся на поверхности частиц камня при приготовлении смесей, что неизбежно должно было отразиться на увеличении срока службы покрытий. Авторы разработки начали с поиска способов влияния на состав битумов с целью обеспечения стабильности его внутренней структуры в широком температурном диапазоне (зима-лето) и стойкости к старению. В конечном итоге, проведенные исследования привели разработчиков к идее перевода битумов в гелеобразное состояние перед приготовлением смесей, благодаря чему желаемые эффекты могут быть достигнуты. Разработка МАК-порошка является продолжением общей идеи, он был разработан позднее, как способ перевода битумов в гелеобразное состояние без применения специального и дорогостоящего оборудования. Лабораторные и полупромышленные испытания подтвердили правильность выбранного направления воздействия на свойства битумов. При специальных условиях испытаний, когда ранее изменения со стандартными смесями происходили уже через 18 месяцев, покрытия на основе МАК-технологии работали более 4 лет. С 1988 года началось масштабное внедрение идеи геле(желе)образных битумов. В 1990 году на дороге I-465 (шт. Индиана, США) модифицированный битум был впервые применен на автострадах типа “Interstate” (горячие смеси). Для таких дорог обычным считается срок службы верхних слоев 8-10 лет, в данном случае даже через 12 лет эксплуатации верхний слой сохранял свои характеристики, несмотря на интенсивность движения, возросшую к тому времени до 125 тыс. автомобилей в сутки. В 1992 году реконструкции с применением данной технологии подверглась автострада I-65 (Interstate, шт. Индиана), в 1993 году проект был признан в США лучшим в номинации “Дорога года”. До настоящего момента дорожное покрытие на I-65 работает, и даже получило титул “вечной дороги”. По необходимости, здесь осуществляется только обустройство слоев износа, с целью восстановления характеристик по шероховатости и противозаносных свойств. Полученные на сегодня результаты позволяют прогнозировать 50-летний срок службы слоев дорожных одежд, приготовленных с применением геле(желе)образных модифицированных битумов. Как итог, значительно могут быть сокращены расходы на содержание и ремонт магистралей. В настоящее время МАК-технология интенсивно применяется в США и Канаде, Европе, Китае и Австралии. В этих странах с 1989 года было построено свыше 30 тыс. км дорог с применением улучшенных по данной технологии битумов. В Китае в последнее время все скоростные дороги государственного значения обустраиваются и содержатся только с применением битумов, модифицированных VP Technologies. Тел. (495) 7202261 2 - 2 e-mail: *****@***ru по данной технологии. Каждый год с применением технологии вводится в эксплуатацию более 500 км новых скоростных дорог (горячие смеси). Построен собственный завод производства МАК-порошка для нужд Китая. Осуществляется масштабная программа повышения несущей способности сельских дорог с использованием холодных смесей на основе МАК-вяжущих. В последнее время в США ежегодно с использованием данной технологии обновляется и строится более 1600 км дорог. Реальный экономический эффект от применения технологии в полной мере может быть оценен только в будущем, однако уже сейчас можно предполагать о конечном результате зная, что продление межремонтного срока службы только местных дорог, только на один год в масштабах США означает экономию в миллиарды долларов. Эффект от применения модифицированных по МАК-технологии битумов может быть умножен, если сочетать его применение с другими факторами влияния на свойства дорожных покрытий различного назначения. Так, например, применение каменных материалов с фракционным составом, обеспечивающим формирование “несущего скелета” (ЩМА, пористые а\бетоны), позволяет без значительного удорожания работ улучшить несущие характеристики дорожных слоев, повысить безопасность дорог за счет придания шероховатости верхним слоям, обустраивать дополнительные слои с малым уровнем шума и отводом воды из зоны контакта с колесом, что устраняет эффект “водной пелены”, устраняет явление аквапланирования, повышая безопасность движения в дождливую погоду. И все это без необходимости переоборудования а\бетонных заводов и применения дополнительных наполнителей, исключающих “вытекание” битума из увеличенных зон между частицами каменного материала, без необходимости осуществления “повышенного уплотнения” при укладке. При этом срок службы внутренних (нижних) слоев заметно повышается за счет наличия пленки битума увеличенной толщины. Повышенная толщина пленки увеличивает стойкость слоев из МАК-смесей к образованию и отражению трещин. Как итог можно сказать, что применение модифицированного МАК-битума оказывает положительный эффект для всех слоев дорожного “пирога”, охватывает весь комплекс проблем. Примером универсальности МАК-технологии является вариант ее реализации через холодные смеси, приготавливаемые на основе улучшенных МАК-битумов. Холодные смеси могут применяться как для строительства новых дорог, так и для повышения несущей способности и ремонта существующих дорог: из холодных МАК - смесей обустраивают основные слои, выравнивающие слои, затем проводят поверхностную обработку. При этом холодные смеси могут готовиться заранее и храниться в отвалах месяцами до момента их использования. Для укладки смесей применяются обычные асфальтоукладчики, а для поверхностной обработки на МАК - битуме обычные чип-силеры. Холодные высокощебенистые смеси для ямочного ремонта могут готовиться заблаговременно и использоваться в осенний и весенний периоды при температурах до -100 С, а особой подготовки ям перед заделкой не требуется. Примером возможности косвенного влияния на конечный результат является возможность перехода на битумы соседней климатической зоны (с большей пенетрацией). МАК-технология за счет желеобразного состояния битумов обеспечивает его упругость в области повышенных температур, в то время как за счет того, что применен битум соседней климатической зоны, с низкой температурой хрупкости, он остается пластичным при низких зимних температурах, улучшая поведение дорожных покрытий в зимнее время. Накопленный опыт позволяет сказать, что битумы мультигрейд, МАК - технология в ряде стран стали неотъемлемым звеном новых подходов к проектированию и строительству дорог, позволяют реализовать идеи, которые ранее осуществить было невозможно.
Строительство покрытий из асфальтобетонных смесей на основе полимерно-битумных вяжущих
Горячие асфальтобетонные смеси на основе полимерно-битумных вяжущих (полимерасфальтобетон) в мировой практике дорожного строительства наиболее широкое применение нашли при строительстве верхних слоев покрытия в районах с высокими положительными и низкими отрицательными температурами воздуха и районах резко континентального климата.
Для условий Казахстана горячие асфальтобетонные смеси с использованием полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) материалов на основе вязких дорожных нефтяных битумов и блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) применяются при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог, мостов и аэродромов.
Технические требования к ПБВ регламентируются ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия», а требования к полимерасфальтобетону - ГОСТ 9128-97.
Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) готовят на основе:
вязких дорожных битумов - БНД 40/60, БНД 60/90 и БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и по согласованию с заказчиком битумов нефтяных: БН 40/60, БН 60/90 и БН 90/130 также по ГОСТ 22245-90 путем введения полимеров, пластификаторов и ПАВ по технологическому регламенту, утверждённому в установленном порядке;
дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) марки ДСТ-30Р-01 по ТУ 38.40327-90 и ДСТ-30-01 по ТУ 38.103267-80 и полимерблоксополимеров бутадиена и стирола типа СБС в виде крошки и порошка;
индустриального масла И-40А по ГОСТ 20799-88; допускается использование масла И-20А, И-30А.
Применяют две технологии приготовления ПБВ.
Первая включает приготовление раствора ДСТ в масле с температурой 160-170°С, ввод раствора ДСТ в нагретый до температуры 110-120°С битум и перемешивание до получения однородного ПБВ.
Вторая включает нагрев битума и масла отдельно до температуры 110-120°С, ввод в битум масла и полимера при постоянном перемешивании, нагрев битума с маслом и полимером до 155-160°С и перемешивание до получения однородного ПБВ.
Для сокращения времени растворения ДСТ в масле или в битуме (с маслом) применяют коллоидные мельницы (диспергаторы), производящие дополнительное измельчение ДСТ и ускоряющие растворение ДСТ в масле.
В зависимости от глубины проникания иглы при 25°С ПБВ подразделяют на марки:
ПБВ 300, ПБВ 200, ПБВ 130, ПБВ 90, ПБВ 60, и ПБВ 40.
По физико-механическим показателям ПБВ должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 1 ГОСТ Р 52065-2003. Перед испытанием ПБВ определяют его однородность. Если ПБВ однородно, проводят его дальнейшие испытания.
Полимерасфальтобетонные смеси приготавливают в асфальтосмесительных установках, как правило, циклического действия. Требования к щебню определяются по ГОСТ 8269-87, песку - поГОСТ 8736-85 и минеральному порошку по ГОСТ Р 52129-2003.
При проектировании состава полимерасфальтобетона принимают:
содержание щебня:
для смеси типа А 59 - 61 % по массе;
для смеси типа Б 48 - 50 % по массе;
содержание дробленых зерен:
для смеси типа А не менее 80 % по массе;
для смеси типа Б не менее 70 % по массе.
Полимерно-битумное вяжущее подается в смеситель с температурой 150-160°С. Общее время перемешивания составляет 30-32 с. Время выдерживания смеси в бункере-накопителе не менее 10-15 мин и не более 1,5 ч. Температура смеси не должна быть более 160°С.
Для контроля качества полимерасфальтобетонной смеси отбирают одну пробу из партии, выпускаемой на одной установке в течение смены, но не более 400 т. В каждую пробу весом 6-7 кг должны входить по 1 порции смеси из 3-4 автомобилей-самосвалов. При контроле качества смеси определяют: водонасыщение; набухание; предел прочности при сжатии при 20, 50 и 0°С; коэффициент водостойкости и состав смеси. Определение показателей осуществляется по ГОСТ 12801-98.
Транспортирование полимерасфальтобетонных смесей осуществляется в автомобилях-самосвалах, оборудованных обогревом кузова и утепленных (укрытых) тентом.
Подготовка к укладке не отличается от приведенной в разд. 18.5. Укладку полимерасфальтобетонной смеси производят сразу на всю ширину покрытия без образования холодных продольных стыков в сухую погоду при температуре окружающего воздуха не ниже 15°С весной и летом и не ниже 10°С осенью. Технологию укладки полимерасфальтобетонной смеси осуществляют в соответствии с требованиями, а температура полимерасфальтобетонной смеси, доставленной к месту укладки, должна соответствовать требованиям СНиП 3.06.03-85.
Рекомендуемые режимы уплотнения: скорость движения катков, число проходов и режимы вибрации приведены в табл. 3. Давление воздуха в шинах пневмоколесного катка должно составлять 0,7-0,8 МПа. Не допускается остывание шин пневмоколесного катка, для чего выезд катка на остывшее покрытие не рекомендуется.
Таблица 3.
Тип катка | Скорость движения катка (км/ч), число проходов и частота вибрации (Гц) | ||
начальный этап уплотнения | основной этап уплотнения | ||
первый | второй | ||
Пневмоколесный | 3-4 км/ч 2-4 прохода | 4-6 км/ч 5-6 проходов | 6-10 км/ч 2-3 прохода |
Вибрационный и комбинированный | 3-4 км/ч 2-4 прохода без вибрации | 4-6 км/ч 5-6 проходов 30 Гц | 4-6 км/ч 5-6 проходов 45 Гц |
Статического действия | 3-4 км/ч 2-4 прохода | 4-6 км/ч 5-6 проходов | 6-8 км/ч 3-4 прохода |
