Способы регенерации дорожных одежд и покрытий

При реконструкции автомобильных дорог широкое распространение находят методы регенерации и повторного использования материалов дорожных одежд.

Регенерация в переводе с латинского языка — восстановление, возрождение. Применительно к дорожным одеждам и покрытиям регенерация означает восстановление их прочностных свойств, ровности, сплошности и т. д. Применительно к асфальтобетону регенерация — это обработка или переработка старого асфальтобетона с целью полезного изменения некоторых его свойств.

Следует различать близкие между собой термины регенерация — восстановление утерянных свойств материала и повторное использование материалов старого покрытия, которое в зарубежной литературе называется ресайклинг или рециклинг. Повторное использование материалов старого покрытия может осуществляться без регенерации (восстановления или улучшения) свойств этого материала (например, гранулят старого асфальтобетона может быть использован для укрепления обочин). Регенерация же предполагает обязательное восстановление свойств материала и его повторное использование.

Существует большое количество методов регенерации и повторного использования материалов, которые могут быть применены при реконструкции автомобильных дорог. Все эти методы можно объединить в несколько групп:

• — методы горячей регенерации на месте (на дороге) с использованием различных способов разогрева, разрыхления и улучшения свойств старого асфальтобетона с последующей укладкой его в покрытие;
• — методы холодной регенерации на месте (на дороге), когда материал старого покрытия (асфальтобетонного или цементобетонного) снимают холодным фрезерованием, обрабатывают битумной эмульсией или цементом и укладывают в нижний слой нового покрытия;
• — методы холодно-горячей регенерации (комбинированные методы), когда материал старого покрытия снимают холодной фрезой, а затем перерабатывают его с подогревом, добавлением нового щебня и битума в смесительной установке и укладывают в покрытие. При этом переработка может осуществляться на месте (на дороге) в передвижной смесительной установке или на стационарном асфальтобетонном заводе.

Методы горячей регенерации на месте, на дороге и методы горячего ресайклинга имеют несколько разновидностей.

В любом способе горячей регенерации одной из основных операций является разогрев старого асфальтобетонного покрытия. Задача состоит в том, чтобы плавно разогреть обрабатываемый слой асфальтобетона до температуры его переработки и при этом не перегреть вяжущее, которое при высокой температуре ухудшает свои свойства за счет испарения легких фракций и выгорает, если нагрев превышает температуру вспышки вяжущего, равную 180−220°С для вязких и 45−110°С для жидких битумов.

Температура переработки асфальтобетона на вязких, битумах колеблется от 100 до 150 °C, редко до 180−200°С.

Нагрев асфальтобетонного покрытия осуществляется при помощи газовых горелок инфракрасного излучения, объединенных в блоки или панели разогревателя. Сразу после полного включения панелей горелок, которые расположены над поверхностью покрытия на высоте не менее 5 см, идет быстрое нагревание верхнего слоя асфальтобетона, от которого тепло передается вниз (рис. 2).

Рис. 2. Температурный режим разогреваемого слоя: цифры на кривых — время нагрева в минутах

Режим разогрева слоя регулируют изменением давления в газовой системе, изменением положения панелей над поверхностью покрытия или скорости движения разогревателя.

Исходя из ограничений по температуре вспышки битума максимальная продолжительность непрерывного нагрева поверхности асфальтобетона не должна превышать 2,5−3 мин при температуре воздуха 20 °C. После этого необходимо понизить температуру нагревания или сделать перерыв в подаче тепла и затем продолжить нагрев до тех пор, пока температура всего слоя на глубину рыхления достигнет требуемых значений (рис. 3).

Т — температура нагрева, °С; t — время, мин; tн — продолжительность работы горелок; tр — продолжительность перегрева в работе горелок; цифры на кривых означают глубину слоя прогрева, см.

Выравнивание и восстановление формы покрытия с добавлением новой смеси и ее перемешивание со старой. Этот метод называется термопрофилированием, или Remix, а машины для его реализации называют Remixer. Из всех методов горячей регенерации метод термопрофилирования и машины ремиксеры разных фирм и модификаций получили наибольшее распространение.

Метод термопрофилирования применяют в том случае, когда существующее покрытие имеет много дефектов в виде трещин, колей, сетки трещин, а также когда необходимо усилить старое покрытие. Для этого к снятому и разрыхленному материалу старого покрытия добавляют новый материал в количестве 25−50 кг/м2 при ремонте без усиления и до 150 кг/м2 при ремонте с усилением.

Для подбора состава добавляемой смеси с учетом свойств старого асфальтобетона из покрытия отбирают пробы (керны), изучают состав старой смеси, проектируют требуемый состав с учетом условий движения и эксплуатации дороги. Назначают вид и состав добавляемой смеси так, чтобы после ее перемешивания со старой смесью получить асфальтобетон с требуемыми свойствами.

Методы холодно-горячей регенерации (комбинированные методы) можно разделить на две группы:

• а) с переработкой старого асфальтобетона на месте (на дороге) в передвижных смесительных установках;
• б) с переработкой старого асфальтобетона на стационарных асфальтобетонных заводах.

Технология холодно-горячей регенерации с переработкой старого асфальтобетона на месте в передвижной смесительной установке может быть реализована с использованием специального комплекта машин. Основной машиной этого комплекта является передвижная асфальтосмесительная установка с сушильным барабаном.

В состав комплекта входят: щебнераспределитель, холодная фрезеровальная машина, передвижная асфальтосмесительная установка, асфальтоукладчик, комплект катков.

Технология работ включает следующие операции:

• — на очищенное от пыли и грязи покрытие распределяется равномерный слой щебня на всю полосу обработки. Новый щебень обычно добавляют в количестве 50−70% объема отфрезерованного гранулята;
• — холодной фрезой на глубину 30−50 мм снимается верхний слой покрытия, измельчается, одновременно перемешивается с новым щебнем и выкладывается в виде вала на полосе фрезерования;
• — погрузчиком-питателем смесь гранулята со щебнем подается в движущийся сушильный барабан асфальтосмесительной установки, где смесь высушивается и подогревается до рабочей температуры;
• — горячая смесь поступает в смесительное отделение асфальтосмесителя, куда вводится битум в количестве 5−7% от массы нового щебня, и перемешивается;
• — из смесителя готовая смесь выгружается в приемный бункер асфальтоукладчика, распределяется и предварительно уплотняется;
• — окончательное уплотнение производится комплектом катков.

В результате общая толщина асфальтобетонного покрытия увеличивается на 2−4 см. На этот слой укладывается защитный слой в виде поверхностной обработки или слой износа из новой асфальтобетонной смеси.

В городских условиях переработку снятого холодной фрезой гранулята, как правило, производят на стационарных асфальтобетонных заводах, где имеются лучшие условия для обеспечения высокого качества регенерированного асфальтобетона.

Особенности обеспечения качества при регенерации и повторном использовании материалов. Регенерация и ресайклинг являются перспективными методами ремонта дорожных покрытий. Однако эти технологии требуют дальнейшего развития и совершенствования, особенно в отношении качества материалов и слоев дорожной одежды, получаемых с применением указанных технологий.

Одна из главных проблем состоит в неоднородности материала старого покрытия, который после переработки и улучшения укладывается повторно. Неоднородность обусловлена тем, что старое покрытие могло быть уложено много лет назад различной толщиной слоев, из различных материалов, особенно битумов, которые со временем изменяют свои свойства.

В процессе эксплуатации старое покрытие неоднократно ремонтировалось с применением различных технологий и материалов. Поэтому к моменту регенерации и повторного использования состав материала снимаемых слоев может существенно измениться на отдельных участках. Необходим тщательный контроль за составом, качеством и однородностью материала старого покрытия.

Другая проблема состоит в том, что в процессе фрезерования получают гранулы различной величины, некоторая часть щебня размельчается и обнажает не обработанную битумом поверхность. Другие частицы минерального материала остаются покрытыми битумной пленкой. При перемешивании с новым вяжущим и введением нового щебня толщина пленки на старых и новых частицах минерального материала может быть неравномерной. Все это приводит к неоднородности получаемого материала и снижает его физико-механические свойства. Учитывая эти особенности, переработанный материал старого покрытия обычно укладывают в нижние слои новой дорожной одежды или в слои, которые закрывают защитным слоем.