что такое омс в дорожном строительстве
Что такое омс в дорожном строительстве
____________________________________________________________________
Текст Сравнения СП 78.13330.2012 (с Изменением N 1) со СНиП 3.06.03-85 см. по ссылке.
— Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________
Дата введения 2013-07-01
Сведения о своде правил
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 78.13330.2011 «СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги»
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных
Введение
Актуализация выполнена авторским коллективом: ЗАО «СоюздорНИИ» (кандидаты техн. наук В.М.Юмашев, Р.А.Коган, д-р техн. наук, проф. В.Д.Казарновский, кандидаты техн. наук Е.С.Пшеничникова, Г.Н.Кирюхин, Л.М.Гохман, Е.М.Гурарий, И.Ж.Хусаинов, В.И.Коршунов, инж. И.В.Басурманова, канд. техн. наук А.А.Матросов, инж. Ф.В.Панфилов, инж. Ю.А.Аливер, канд. техн. наук С.Г.Фурсов, инж. О.Б.Гопин, канд. техн. наук А.А.Пахомов).
Изменение N 1 подготовлено ЗАО «ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ» совместно с авторским коллективом ФАУ «РОСДОРНИИ»: д-р техн. наук О.А.Красиков, д-р техн. наук А.М.Кулижников; кандидаты техн. наук А.М.Стрижевский, А.Е.Мерзликин, А.А.Домницкий, И.Ф.Живописцев, Б.Б.Анохин, А.П.Фомин, Л.А.Горелышева, Н.А.Лушников, П.А.Лушников, Р.А.Еремин, Н.Б.Сакута; инженеры Р.К.Бородин, А.В.Бобков, А.И.Босов, А.С.Козин, А.Б.Волков, В.Н.Гарманов, Ж.С.Сахно.
1 Область применения
Настоящий свод правил устанавливает правила производства и контроля качества работ и распространяется на вновь строящиеся, реконструируемые и капитально ремонтируемые автомобильные дороги общего пользования и ведомственные автомобильные дороги.
Требования настоящего свода правил не распространяются на временные дороги, испытательные дороги промышленных предприятий и автозимники.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил используются ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 51256-2011 Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Классификация. Технические требования
ГОСТ Р 52056-2003 Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия
ГОСТ Р 52128-2003 Эмульсии битумные дорожные. Технические условия
ГОСТ Р 52129-2003 Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия
ГОСТ Р 52289-2004 Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств
ГОСТ Р 52290-2004 Технические средства организации дорожного движения. Знаки дорожные. Общие технические требования
ГОСТ Р 54401-2011 Дороги автомобильные общего пользования. Асфальтобетон дорожный литой горячий. Технические требования
ГОСТ Р 55052-2012 Гранулят старого асфальтобетона. Технические условия
ГОСТ Р 55420-2013 Дороги автомобильные общего пользования. Эмульсии битумные дорожные катионные. Технические условия
ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
ГОСТ 310.3-76 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема
ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии
ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
ГОСТ 7802-81 Болты с увеличенной полукруглой головкой и квадратным подголовком класса точности С. Конструкция и размеры
ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний
ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний
ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 9128-2009 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия
ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия
ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости
ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 10181-2014 Смеси бетонные. Методы испытаний
ГОСТ 11955-82 Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия
ГОСТ 12730.0-78 Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости
ГОСТ 12730.4-78 Бетоны. Методы определения показателей пористости
ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний
ГОСТ 13015-2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения
ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности
ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия
ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
ГОСТ 23467-79 Компрессоры воздушные для доменных печей и воздухоразделительных установок. Общие технические требования
ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия
ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия
ГОСТ 25458-82 Опоры деревянные дорожных знаков. Технические условия
ГОСТ 25459-82 Опоры железобетонные дорожных знаков. Технические условия
ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации
ГОСТ 25607-2009 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия
ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава
ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций
ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов
ГОСТ 30412-96 Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерений неровностей оснований и покрытий
ГОСТ 30413-96 Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием
ГОСТ 30459-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности
ГОСТ 30491-2012 Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия
ГОСТ 30740-2000 Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий. Общие технические условия
ГОСТ 31015-2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия
СП 34.13330.2012 «СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги»
СП 45.13330.2012 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты»
СП 46.13330.2012 «СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы»
СП 47.13330.2012 «СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения»
СП 48.13330.2011 «СНиП 12.01-2004 Организация строительства»
СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции»
Полное меню
Основные ссылки
Вернуться в «Каталог СНиП»
Обзорная информация Автомобильные дороги. Органоминеральные смеси в дорожном строительстве. Обзорная информация. Выпуск 3.
Информационный центр
по автомобильным дорогам
ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ
В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В данном выпуске обзорной информации дан анализ всех применяемых в дорожном строительстве горячих и холодных органоминеральных смесей за исключением классического асфальтобетона, приведены принципы проектирования их составов, основные характеристики, методы получения и особенности использования и формирования структуры материалов, а также сравнительный анализ смесей, применяемых в России и за рубежом.
Обзор подготовила
канд. техн. наук Л.А. Горелышева
(ГП Росдорнии)
Выходит с 1971 г. 5 выпусков в год
Асфальтобетонные покрытия являются преобладающим типом для капитальных дорожных покрытий. В большинстве развитых стран протяженность дорог с таким типом покрытия составляет 90-95% от общей протяженности дорог.
Органоминеральные смеси (ОМС) достаточно широко распространены в дорожном строительстве не только в России, но и за рубежом. Однако до сих пор этот тип смесей не классифицирован, некоторые смеси не имеют точных определений или переводов на русский язык. Обилие видов материалов, применяемых в дорожном строительстве, требует анализа, проведения терминологических определений идентичности названий материалов в русском и зарубежном дорожном производстве.
Сведения о свойствах и требованиях к различным видам органоминеральных смесей до сих пор не систематизированы и приводятся в многочисленных разрозненных источниках и нормативных документах.
2.1. ВИДЫ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
Органоминеральной смесью называется смесь минеральных материалов подобранного состава с органическими вяжущими (битумом, гудроном, тяжелыми нефтями, смолами и т.п.). Этот большой класс смесей подразделяется на:
Асфальтобетонные смеси должны приготавливаться на высококачественных материалах на основе битумных вяжущих или их композициях и не должны содержать в своем составе воду.
Органоминеральные смеси можно разделить на два вида:
• содержащие в своем составе воду;
• не содержащие воду.
Смеси, не содержащие воду, обычно готовятся на жидких или разжиженных органических вяжущих.
В связи со значительным разнообразием ОМС возникает необходимость в их классификации по основным признакам, которыми являются:
• наличие или отсутствие в их составе воды;
• преобладающий тип минерального материала и (или) тип применяемого вяжущего;
• область применения и структура материала (рис. 1).
Рис. 1. Классификация ОМС
2.1.1. ОМС, содержащие в своем составе воду
ОМС, содержащие в своем составе воду, подразделяются на две группы: большую группу эмульсионно-минеральных материалов (ЭМС) и смеси на увлажненных минеральных материалах.
В первой группе вода является необходимой составной частью вяжущего и составляет до 50 % по массе, а во второй группе вода в незначительном количестве применяется для увлажнения минеральных материалов. В этом случае количество воды составляет величину, близкую или незначительно превышающую значение оптимальной влажности используемых минеральных материалов.
Получившие в последние годы распространение тонкослойные покрытия устраиваются с целью обеспечения требуемой шероховатости, защиты поверхности покрытия от вредного воздействия климатических и эксплуатационных факторов. Обычно такие слои устраиваются из смесей типа ЭМС: сларри сил (ss), ms, ЛЭМС или из смесей, не содержащих воду в своем составе: битумоминеральных открытых (БМО), щебеночно-мастичного асфальта (ЩМА) и поверхностных обработок различных видов.
ЛЭМС состоит из эмульсионного вяжущего, минерального материала подобранного состава и воды. Количество битума в ЛЭМС обычно содержится в пределах 6-10%, воды около 20%. При подборе минеральной части смеси регламентируется только содержание самых крупных и самых мелких частиц. ЛЭМС могут быть песчаными и щебеночными.
Применяемые за рубежом смеси сларри сил и ms (рис. 2) аналогичны ЛЭМС (рис. 3). Необходимо отметить, что смеси сларри сил были основой, на которой разрабатывались ЛЭМС, a ms появились позднее на основе сларри сил.
Рис. 2. Покрытие ms (фирма Jean Lefebvre)
Рис. 3. Покрытие после трех лет эксплуатации: из ЛЭМС (слева) и асфальтобетона (справа)
Увлажненные смеси содержат в своем составе воду. Вода в них подается в минеральный материал в небольшом количестве, близком к значению оптимальной влажности используемых материалов.
ВОМС представляют собой многокомпонентную систему, состоящую из увлажненных минеральных материалов подобранного гранулометрического состава, активатора или поверхностно-активных веществ и жидкого органического вяжущего.
Для этих смесей лучше всего применять вяжущие неокисленные, а также разжиженные битумы со специальными добавками. Вязкость вяжущего по истечению в стандартном вискозиметре составляет С 5 60 = 40-120 с. Смесь преимущественно песчаная, допускается содержание щебня или гравия в количестве не более 40%. При подборе гранулометрического состава минеральной части ВОМС регламентируется содержание частиц размером 5-40 мм и мельче 0,071 мм.
Таблица 1
Анионные и катионные эмульсии
Катионная эмульсия на модифицированном битуме
Пасты, анионные и катионные эмульсии
Пасты, анионные и катионные эмульсии
Дробленый и природный песок
Дробленый материал (100%)-песок и щебень
Природный и дробленый песок
Дробленый щебеночный материал и песок
Содержание минерального порошка, %
Содержание битума в пересчете на сухой материал, %
Скелет в виде каменного материала
Скелет в виде каменного материала
Пленка для создания водонепроницаемого покрытия и материал для подгрунтовки, пропитки, закупорки
Пленка для создания водонепроницаемого покрытия и материал для подгрунтовки, пропитки, закупорки
Соотношение щебня размером частиц 10-20 мм и 0-10 мм рекомендуется около 1:1,5, количество щебня мельче 0,071 мм необходимо ограничивать 7%. Вязкость вяжущего составляет С 5 60 = 15-20 с. Влажность минерального материала обычно не превышает 2-3%.
Технология приготовления нефтегравия близка к технологии получения смесей на вспененных битумах, но более упрощенная. Предельные кривые для минеральной части близки к предельным кривым плотных гравийных ЭМС. В то же время более 70% минерального материала для нефтегравия должно быть дробленым. Все это позволяет классифицировать этот материал, как промежуточный между плотными гравийными ЭМС, смесями на вспененном битуме и ВОМС[ 6 ].
Материал, аналогичный нефтегравию, но приготовленный на материалах Ленинградской области и Карелии, был назван авторами разработки РОС (рыхлосвязанная органоминеральная смесь). Поскольку этот материал практически не отличается от нефтегравия, то отдельно он в данной работе не рассматривается.
Таблица 2
Гудрон или сырье для приготовления битумов (С 5 60 = 40-120 с)
Остаточный жидкий битум со специальной адгезионной добавкой (С 5 60 = 15-20 с)
Нефтяной вязкий разжиженный битум с ПАВ
Пески природные или дробленые любой крупности, разномерные
Щебеночный материал с соотношением зерен размером 10-20 и 0-10 мм, равным60:40
Пески природные или дробленые с максимальным размером зерен 15 мм
Количество минерального порошка (М), %, мельче 0,071 мм
Содержание вяжущего (Б), %
Конструктивный слой дорожной одежды, промежуточный и подстилающий слои, материал для ремонта дорожных покрытий
Конструктивный слой на дорогах с невысокой и средней интенсивностью движения
Строительство сельских и сезонных дорог с невысокой интенсивностью движения
2.1.2. Смеси, не содержащие воду
Этот класс смесей не содержит воду в своем составе, готовится в основном на жидких органических вяжущих и применяется для усиления дорожных одежд и улучшения фрикционных свойств поверхности покрытия и исправления профиля дороги.
Эти материалы можно разделить на две основные группы: материалы битумоминеральные и материалы, полученные способом поверхностной обработки.
Возросшее значение профилактических мероприятий на автомобильных дорогах с высокой интенсивностью и скоростью движения привело за рубежом к разработке смесей битумоминеральных и асфальтобетонных на основе чистого битума или смол, укладываемых тонкими слоями толщиной 40 мм и сверхтонкими слоями толщиной 20-25 мм.
Содержание вяжущего с глубиной проникания иглы 60-200 дмм в тонких слоях может варьироваться в широких пределах от 3 до 12%. Считается целесообразным применять прерывистый гранулометрический состав минеральной части [ 14 ].
Сверхтонкие слои представляют собой промежуточное звено между тонкими слоями БММ и поверхностной обработкой, но требуют очень высокой культуры производства.
Общей тенденцией в мире является все более широкое распространение специальных битумных композиций. Материалом такого типа является щебеночно-мастичный асфальт (ЩМА).
Другим распространенным способом повышения долговечности покрытий и, в первую очередь, их трещиностойкости является армирование битумоминерального материала путем введения в его состав волокнистых минеральных добавок.
К битумоминеральным материалам относят также черный щебень и материалы, полученные методами пропитки и поверхностной обработки.
Обычно битумоминеральные смеси мало отличаются от асфальтобетонных по содержанию щебня и минерального порошка и также должны укладываться в предельные кривые плотных смесей [ 15 ].
Черный щебень не имеет в своем составе мелких фракций: щебень предварительно обрабатывают органическими вяжущими (в том числе и битумными эмульсиями). Слой покрытия из черного щебня имеет каркасную пористую структуру.
Метод пропитки заключается в послойной укладке щебня слоем расчетной толщины и розливе органического вяжущего, которое проникает в поры щебеночного слоя. Таким образом получается пористый каркасный материал, похожий на слой покрытия из черного щебня.
2.1.3.Цветные органоминеральные смеси
Цветные органоминеральные смеси приобретают за рубежом все большее распространение. На IV Международном конгрессе ISSA было уделено достаточно много внимания проблемам, связанным с этими материалами [ 5 ]. Важное значение этим проблемам придается во Франции и Испании, где количество покрытий, уложенных при помощи цветных смесей типа сларри сил, составляет около 1% от всей площади покрытий, устраиваемых методами тонких слоев.
Цветные органоминеральные смеси применяют:
• для улучшения обеспечения безопасности движения и обозначения направлений движения (опасные зоны, места пешеходных переходов и велосипедные дорожки);
• для улучшения эстетического восприятия объектов в местах отдыха, в экологических зонах (национальных парках) и т.п.;
• на дорогах с высокой интенсивностью и скоростью движения и на взлетно-посадочных полосах аэродромов для предотвращения выездов за пределы полосы движения.
Рис. 4. Участок с цветным покрытием:
В местах с ограниченной видимостью или с недостаточным освещением применяют более светлые цвета для обозначения направления движения или всей проезжей части. В небольших поселках, которые пересекает автомобильная дорога, также следует изменить цвет покрытия для привлечения внимания водителя на возможное появление на дороге пешеходов, животных и т.д.
На взлетно-посадочных полосах аэродромов во Франции и Испании рекомендуется края выполнять из цветных ОМС предупреждающих цветов [ 17 ].
Традиционными материалами, применяемыми для устройства дорожных покрытий, обычно трудно обеспечить необходимую насыщенность и чистоту цвета из-за интенсивно темного (черного или коричневого) цвета вяжущего. Во Франции и Испании для этих целей рекомендуется использовать битумы прямой перегонки, полученные без применения мероприятий, обеспечивающих увеличение в их составе количества асфальтенов. Наиболее приемлемым считается битум с пониженным их количеством.
Рис. 5. Укладка цветной смеси сларри сил при помощи мобильной передвижной установки
В Испании применяют цветные ОМС литой консистенции с гранулометрическим составом минеральной части, соответствующим любому типу сларри сил и ms.
Для улучшения физико-механических характеристик смесей, предназначенных для использования на дорогах с интенсивным движением, рекомендуется введение минеральных волокон и ПАВ.
2.1.4. Область применения органоминеральных смесей
Способ обработки материала и тип органоминеральной смеси для того или иного слоя следует выбирать с учетом категории дороги и конструкции дорожной одежды в целом, климатических характеристик, наличия минеральных материалов и средств механизации, сроков проведения строительства и назначения слоя.
Известно, что при выборе толщины и типа дорожной одежды или защитных слоев учитываются кроме климатических факторов и местные погодные условия на момент строительства или ремонта дорожного покрытия.
Например, в условиях теплой, но с большим количеством осадков, погоды, когда минеральные материалы содержат значительный процент влаги, необходимо применять материалы быстро формирующиеся, т.е. быстрораспадающиеся эмульсии, смеси на вязких битумах (горячие) или влажные смеси типа ВОМС. Однако во всех случаях следует выбирать погодные условия, когда смесь успеет сформироваться.
При устройстве поверхностной обработки необходимо, чтобы поверхность обрабатываемой дороги и применяемый материал были сухими и чистыми, а температура воздуха была бы достаточно высокой для того, чтобы органическое вяжущее не остывало слишком быстро, если используются вязкие битумы или битумные эмульсии.
Практика показывает, что поверхностные обработки, выполненные при температуре воздуха ниже 10-15°С, плохо приживаются и щебень быстро вылетает. Особенно низкое качество обработки получается, если ее делать в осенний период, когда температура воздуха имеет тенденцию к понижению. Это мешает формированию поверхностной обработки.
Процесс производства работ по устройству поверхностной обработки требует сравнительно немного времени, поэтому в районах с неустойчивой погодой необходимо предусматривать применение поверхностно-активных веществ, улучшающих адгезию битума к влажной поверхности минеральных материалов, и соблюдение четкого графика организации работ.
Устройство конструктивных слоев дорожной одежды способом пропитки также следует проводить при достаточно устойчивой теплой погоде. Необходимо учитывать, что не все холодные смеси можно укладывать при низкой температуре воздуха и высокой влажности основания. Но материалы типа ВОМС в этих условиях неплохо себя зарекомендовали; Материалы, приготовленные на вспененном битуме, еще мало применяются в дорожных хозяйствах России, но имеющийся опыт устройства таких слоев позволяет рекомендовать их наряду с ВОМС.
При малых объемах работ устанавливать стационарные смесители нецелесообразно, лучше применять мобильное оборудование для приготовления и укладки смеси. Кроме того, этот способ работ позволяет избежать снижения качества некоторых материалов при транспортировании (например, эмульсионно-минеральные материалы могут расслаиваться) и составить план организации работ таким образом, чтобы использовать промежутки времени с оптимальными для устройства дорожной одежды погодными условиями, когда в целом погода в районе работ неустойчива.
Наличие местных материалов часто является решающим при выборе типа ОМС и способа ее получения. Необходимо учитывать сезон строительства, температуру воздуха при укладке и уплотнении, влажность воздуха и, даже скорость ветра, особенно для смесей, требующих для своего формирования благоприятных условий для испарения воды (например, для ЛЭМС).
Многие холодные смеси можно заготавливать впрок и хранить в штабеле, что позволяет продлить строительный сезон. Причем срок хранения холодных смесей допускается от трех месяцев до года с момента их приготовления и зависит от вида смеси.
Рекомендуемые области применения ряда органоминеральных смесей приведены в табл. 3.
Часто выбор типа покрытия или защитного слоя зависит от сроков проведения работ. Если требуется уложиться в короткие сроки, особенно во второй половине строительного сезона, следует выбирать материалы, не требующие длительного времени для своего формирования. При этом выбор материала будет зависеть и от наличия необходимого для приготовления и укладки материала оборудования.
Таблица 3
Интенсивность движения, авт./сут., или категория автомобильной дороги
Дорожно-климатическая зона или страна
Органоминеральные смеси, содержащие в составе воду
Эмульсионно-минеральные смеси (ЭМС)
ЛЭМС (битумный шлам)
Уплотняющие (закупорочные) смеси; пропитка на глубину до 15 мм; слои износа (замыкающие) толщиной 3-8 мм; поверхностная обработка; подгрунтовка
ЛЭМСщ (щебеночный битумный шлам)
Повышение фрикционных свойств покрытия; выравнивание профиля; защитные слои, поверхностная обработка
Защитные тонкие слои
То же; цветные смеси
На высокоскоростных и других дорогах
Англия, Франция, США
Подгрунтовка; пропитка; закупорка поверхности, слои износа (водонепроницаемые)
Дороги со средней и низкой интенсивностью
Плотные эмульсионно-минеральные песчаные и щебеночные смеси
Черный щебень, обработанный эмульсиями и битумами
Влажные органоминеральные смеси
Ремонт дорожных покрытий; подстилающий слой, для покрытий сельских и сезонных дорог; промежуточный слой; выравнивающий слой; конструктивные слои
ТУ 218 РСФСР 536-85 [ 9 ]
Нефтегравий (НГ), рыхлосвязанная ОМС (РОС)
Ремонт дорожных покрытий; выравнивающий слой; конструктивный слой для дорог с невысокой интенсивностью
Финляндия, П (Россия), шт. Миннесота (США)
Конструктивные слои для сельских и сезонных дорог; выравнивающие слои
Смесь на вспененном битуме (ВБ)
Органоминеральные смеси, не содержащие воду
Битумоминеральные смеси (БММ) для тонких слоев
Покрытия и основания; подстилающий слой; защитный слой; слой для улучшения фрикционных свойств поверхности; восстановление поверхности покрытия; поверхностная обработка
Поверхностная обработка классическая
Защитный слой; слой для улучшения фрикционных свойств поверхности, восстановление поверхности покрытия
Смеси битумоминеральные открытые (БМО)
Для повышения фрикционных свойств покрытия
Щебеночномастичный асфальт (ЩМА)
Замыкающие слои; для повышения фрикционных свойств покрытия; защитные слои
Скоростные дороги; автомагистрали; городские дороги и улицы
Цветные смеси
Смеси на основе ЛЭМС, сларри сил, смеси ms, светлых смол
Обозначения центральной разделительной полосы, площадок для аварийных остановок, опасных зон, островки направления движения, велосипедные дорожки, обочины, эстетическое оформление мест отдыха
За рубежом повсеместно; в России применяется в отдельных случаях для оформления мест отдыха и площадок
2.2.1. Основные требования к материалам для тонких и сверхтонких слоев
Набор требований к органоминеральным смесям зависит от назначения и условий применения материалов. К материалам, предназначенным для тонких и сверхтонких защитных слоев, наряду с общепринятыми, предъявляются требования по шероховатости, износостойкости и повышенные требования к их водостойкости.
Для тонких и сверхтонких слоев используют следующие материалы: сларри сил, ms, ЛЭМС, в том числе и щебеночный его вариант ЛЭМСщ, щебеночно-мастичный асфальт (ЩМА), горячие асфальтобетоны, холодные битумоминеральные смеси, открытые битумоминеральные смеси (БМО) и др.
Покрытия, устраиваемые по способу поверхностной обработки, относятся к тонкослойным, поэтому размеры применяемого щебня не должны превышать 30 мм. При этом следует учитывать, что, чем больше размер и прочность щебня, температура воздуха в период производства работ, тем выше должна быть вязкость вяжущего, используемого для разлива. Наряду с битумом можно применять и быстрораспадающиеся битумные эмульсии, что позволит использовать увлажненные материалы. Щебеночный материал может быть предварительно обработан органическим вяжущим по типу черного щебня.
Кроме того, важную роль играет назначение слоя. Так, слой, обеспечивающий повышенные фрикционные свойства поверхности покрытия, независимо от своей толщины, должен устраиваться из минеральных материалов, характеризующихся высокими прочностью и сопротивляемостью к шлифуемости, органическое вяжущее должно иметь достаточно большую вязкость и адгезионные свойства.
Для материалов, применяемых в качестве защитных слоев, основным требованием является их подвижность или текучесть (особенно для закупорочных слоев), благодаря чему повышается способность материала проникать в мелкие трещины, поры покрытия, противостоять действию воды, а также сопротивляться воздействию повышенных температур. В таких материалах основную нагрузку несет органическое вяжущее в сочетании с минеральным порошком.
При выборе материала слоя следует учитывать также характер движения на дороге. Так, для высокоскоростных дорог необходимо предусматривать материалы с высокими фрикционными свойствами и сопротивляемостью сдвигу. Для дорог с интенсивным движением, но не высокоскоростных, необходимы материалы наиболее технологичные при устройстве слоя и с возможно меньшим сроком формирования. Наиболее рациональны в этих случаях некоторые виды эмульсионно-минеральных материалов и влажных смесей. В этом случае предъявляются требования к удобоукладываемости смеси, ее подвижности и скорости распада.
2.2.2. Основные требования к материалам для конструктивных слоев дорожных одежд
Для таких конструктивных слоев могут быть рекомендованы следующие типы органоминеральных смесей: ВОМС, нефтегравий, смеси на вспененном битуме, черный щебень, плотные эмульсионно-минеральные смеси и пропитка органическим вяжущим.
Следует отметить, что весьма эффективно применение конструктивных слоев из приведенных выше материалов в сочетании с тонкими и сверхтонкими слоями.
2.2.3. Сравнительный анализ органоминеральных смесей
В большинстве стран нормируются только показатели свойств исходных материалов, а не готовых смесей. Иногда предъявляются требования к одному-двум наиболее важным показателям. Например, в Финляндии для нефтегравия имеются только рекомендованные показатели качества материала, приготовленного в лабораторных условиях, но предъявляются жесткие требования к исходным материалам [6].
В России требования к готовому материалу многочисленны, но к исходным материалам предъявляются менее жесткие требования. Однако есть и исключения: например, к черному щебню или материалам, получаемым путем пропитки или поверхностной обработки, требований не предъявляется. Предъявляются требования только к исходным материалам. Правда, эти требования часто имеют множество исключений и дополнений, позволяющих использовать местные материалы или существующую технологическую схему получения и применения.
За рубежом требования, предъявляемые к исходным материалам, более жесткие. Гранулометрический состав минеральной части смеси практически во всех случаях регламентируется предельными кривыми для соответствующего материала.
В качестве исходных каменных материалов должны быть использованы прочные горные породы, а в случае применения гравия количество полностью дробленых его зерен должно быть не менее 70% в каждый узкой фракции (требования к материалу для нефтегравия [6]).
Наиболее жесткие требования предъявляются к исходным материалам для смесей, используемых для сверхтонких слоев microsur-facing. В этом случае количество дробленых зерен должно составлять 100%, гравий, даже дробленый, исключается полностью, а прочность исходной горной породы не может быть меньше 120 МПа. Такие же жесткие требования и в отношении вяжущего для этих материалов: применимы только катионные битумные эмульсии на основе модифицированного битума или модифицированный вязкий нефтяной битум с глубиной проникания иглы 60-220 дмм, желательно содержащий специальные ПАВ. Часто в материалы для сверхтонких слоев рекомендуют добавлять и волокнистые наполнители.
Обычно основным требованием к большинству дорожных смесей служит предел прочности при сжатии при нескольких (двух или трех) температурах. Нормируемые показатели водонасыщения, набухания, водостойкости позволяют более полно характеризовать свойства смесей. Для некоторых из них регламентируется прочность при испытании образца по образующей. Однако методика испытаний обычно для разных смесей неодинакова, что затрудняет их сравнение между собой. Смеси, для которых предъявляется такой набор требований, применяются, в основном, для устройства конструктивных слоев толщиной более 30 мм.
Для защитных слоев и слоев, устраиваемых для повышения фрикционных свойств покрытия, более важными являются такие их свойства, как водостойкость, износостойкость, шероховатость, поэтому к ним предъявляют несколько иной набор требований.
В табл. 4 и 5 даны два типичных набора требований к рассмотренным двум вариантам смесей.
Требования к эмульсионно-минеральным смесям по ВСН 123-65 приведены в табл. 4 как пример нормирования свойств смеси в зависимости от вида эмульсии, так как ни в одном другом действующем документе таких требований не содержится. Впоследствии в ВСН 123-77 были оставлены требования к исходным материалам в рамках действующих нормативов, а требования к готовому продукту исключены.
Ниже более подробно рассмотрены требования к некоторым материалам.
В России были разработаны и применялись в дорожном строительстве материалы, аналогичные зарубежным, часто служившие прототипами для отечественных разработок, хорошо адаптированные к широкому спектру исходных материалов и условиям эксплуатации автомобильных дорог в нашей стране. При этом качество получаемых дорожных покрытий часто было даже выше зарубежных аналогов. Сравнительные характеристики некоторых органоминеральных смесей приведены в табл. 1 и 2.
Анализ этих материалов показывает, что сларри сил и ЛЭМС, имея одинаковую область применения, несколько отличаются по составу и методам проектирования состава смеси. То же самое можно отметить и для пар ЛЭМСщ и ms и сверхтонких слоев и БМО.
При этом для ЛЭМС разработаны нормативные требования к готовой смеси в отличие от сларри сил, для которой нормируются главным образом, свойства исходных материалов. Это позволяет при проектировании состава смеси подбирать исходные материалы таким образом, чтобы получить необходимые для каждого конкретного участка дороги параметры ЛЭМС.
Таблица 5
Требования к битумным шламам (ЛЭМС) по ВСН 27-76 [2]
ЛЭМС в жидком состоянии
Консистенция смеси по растеканию, см, для смесей:
Расслаивание, % по массе, не более, для смесей типа:
ЛЭМС в твердом сформировавшемся состоянии
Водонасыщение образцов-таблеток в вакууме, % по объему, не более, для смесей типов:
Коэффициент водопроницаемости образцов-таблеток, см/с, не более, для смесей типов:
Набухание вакуумированных образцов-таблеток после 15 сут.. выдерживания их в воде, % по объему, не более
Коэффициент сцепления после испытания балочек на износ, не менее
Глубина шероховатости, мм, для смесей типа А, не менее
Основным недостатком как ЛЭМС, так и сларри сил, является то, что ими нельзя исправить дефекты поверхности покрытия, они быстро истираются, так как толщина пленки защитного слоя обычно не превышает 6 мм. Кроме того, шероховатость этих слоев недостаточна для дорог с высокой интенсивностью и скоростью движения, так как основным компонентом минеральной смеси является песок.
Необходимо отметить также довольно длительный срок формирования слоя (3-6 ч) и сильную зависимость в связи с этим от погодных условий.
Рис. 6. Коэффициент сцепления колеса автомобиля с покрытием из смеси ms (метод L.P.C.):
Наличие в составе смеси щебня увеличивает толщину укладываемых слоев до 10-15 мм, что дает возможность использовать этот слой и для исправления мелких дефектов поверхности покрытия.
Сравнительная характеристика сверхтонких слоев на основе вязкого битума и БМО будет приведена в подразделе 2.3.
Разработанные составы ВОМС позволили приготавливать смеси на маловязком вяжущем и местных минеральных материалах, не прибегая к использованию специфических добавок, хотя наличие активаторов и ПАВ является обязательным условием получения смесей высокого качества.
Обе смеси применяются как конструктивные слои толщиной 32-40 мм в уплотненном состоянии. ВОМС в отличие от нефтегравия можно укладывать и более тонкими слоями для устройства выравнивающих или специальных промежуточных слоев.
Нефтегравий рекомендуется для дорог с малой интенсивностью движения до 1000 авт./сут., а ВОМС, при соответственно подобранном составе, может применяться и на дорогах с интенсивностью до 3000 авт./сут.. Причем увеличение доли грузовых и большегрузных автомобилей до 50% и более является одним из условий применения пористой ВОМС.
Количество щебня размером зерен 5-20 мм в нефтегравий может доходить до 60%, но лучшие показатели при тех же размерах достигаются при его содержании 40-50%, особенно на российских материалах (смесь типа РОС). Для ВОМС количество щебня размером зерен 5-20 мм и 20-40 мм ограничивается 40 и 20% соответственно, максимальное его количество размером зерен 5-40 мм при этом не должно превышать 50%. Содержание мелких фракций в ВОМС не ограничивается, как в нефтегравий, но оговаривается необходимость экономической оценки применения минеральной части с большим 30 количеством частиц мельче 0,71 мм, так как это влечет соответственное увеличение содержания органического вяжущего и активаторов.
2.3. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЗА РУБЕЖОМ И НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
Анализ использования некоторых видов органоминеральных смесей дан по материалам, представленным на IV Международном конгрессе ISSA, прошедшем в 1997 г. в г. Париже [5].
Однако использование таких слоев требует обеспечения технологических процессов на очень высоком уровне, хорошо налаженного контроля за качеством материалов и производством работ и высокой культуры производства.
Развитие рынка материалов для таких слоев прежде всего обусловлено необходимостью поддерживать достаточно развитую сеть дорог в хорошем состоянии. В странах, где сеть дорог еще не сложилась, например в Китае, и где она только еще создается, содержанию дорог уделяется мало внимания и вопрос развития рынка материалов для этого вида работ неактуален. В скандинавских странах технологии на основе эмульсионных вяжущих не получили достаточного развития из-за оснащения автомобилей шипованными шинами, но горячие тонкие и сверхтонкие слои используются для содержания дорог широко. В Австралии предпочтение отдается также слоям из горячих битумных смесей. В развитых странах Европы и США применяют оба вида материалов, причем смеси на основе эмульсий имеют значительный процент от общего количества смесей для содержания дорог и в некоторых странах этот процент постоянно растет (например, во Франции). Практически во всех странах для слоев на основе эмульсий применяют катионные эмульсии, за исключением Японии и стран Африки, где предпочтение отдается анионным эмульсиям. Тенденция развития производства эмульсий в развитых странах Европы и США связана с использованием модифицированных битумов.
Опытными зарубежными менеджерами были сформулированы следующие требования развития спроса на материалы для устройства тонких и сверхтонких дорожных слоев, особенно на основе эмульсионного вяжущего:
• наличие достаточно развитой сети автомобильных дорог;
• осознание недостатков классической поверхностной обработки;
• наличие потребности в таких материалах, особенно в области содержания дорог;
• возможность осуществлять все технологические процессы и контроль на достаточно высоком уровне;
• наличие мобильного оборудования по приготовлению и укладке таких материалов, тогда устройство поверхностных обработок в классическом исполнении окажется более трудоемким процессом;
• наличие развитого рынка битумных эмульсий высокого качества.
ЛЭМС достаточно широко применялись одно время на дорогах России и стран СНГ. Главным образом нашли использование ластовые ЛЭМС из-за дефицита качественных жидких эмульгаторов и доступности минеральных порошков. Однако отсутствие необходимого оборудования для приготовления и укладки смесей на основе эмульсий, в том числе и пастовых, а также длительный (до 5-6 ч) период формирования слоев из них привело к полному забвению смесей на основе ЛЭМС.
В области производства материалов для конструктивных слоев прогресс более заметен, хотя экономические факторы часто тормозят его развитие и в этой сфере.
В настоящее время в дорожном строительстве имеется тенденция к росту использования вспененных битумов, щебня, обработанного не только битумом, но и обратными эмульсиями, смесей типа ВОМС. Последние широко применялись в России в 80-е годы. Однако затем их производство резко сократилось, а в некоторых регионах прекратилось совсем. Но в настоящее время возросший объем работ по строительству местных автомобильных дорог и активная пропаганда финского нефтегравия делает перспективным возрождение рынка ВОМС, как более соответствующего условиям и материалам России, что отнюдь не закрывает дорогу нефтегравию в тех областях, где имеются экономические перспективы его применения.
Увеличение производства модифицированных битумов характерно и для России, хотя эта тенденция проявляется лишь в наиболее развитых ее регионах.
Необходимость иметь материалы для содержания дорог все чаще приводит дорожные организации к решению налаживать производство битумных эмульсий и смесей на их основе. Это направление дорожной отрасли постепенно развивается, хотя пока и без всякой системы.
В южных районах страны, в частности на дорогах с высокой интенсивностью и скоростью движения, представляет интерес развитие производства и использование смесей типа ЛЭМСщ, БМО, а также смеси типа m s и сларри сил. Очевидно, есть смысл в некоторых случаях применять и слои из щебеночно-мастичного асфальта (ЩМА), особенно на мостах и подходах к ним.
Многообразие климатических и эксплуатационных условий России диктует необходимость развития всего комплекса защитных и конструктивных слоев из органоминеральных материалов наряду с асфальтобетонными. Однако это же многообразие факторов требует систематизации и определения условий применения различных материалов и слоев. Это позволит экономически и технологически эффективно использовать местные ресурсы и обеспечить требуемое качество дорожных одежд и покрытий.
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Физико-механические и технологические свойства ОМС обусловлены свойствами и соотношениями составляющих их компонентов, а также технологией приготовления смесей.
Набор необходимых свойств смесей зависит от назначения материала и технологических процессов его получения и применения.
Все ОМС, используемые при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог, должны обладать следующими свойствами:
• иметь хорошую водостойкость, которая характеризуется соотношением прочностей при температуре 20°С сухих и водонасыщенных образцов;
• водонасыщение и набухание материала не должны превышать установленные для данной смеси пределы;
• иметь достаточные для эксплуатации покрытия прочности при нормальной, повышенной или пониженной температурах, в зависимости от условий эксплуатации материала.
Водостойкость и водонепроницаемость материала зависят прежде всего от количества и качества вяжущего в смеси. Причем в качестве вяжущего рассматривается не только чисто органическое вяжущее, но и его смесь с мелкодисперсной фракцией минеральной части, называемая асфальтовым вяжущим.
Известно, что чем больше в смеси содержится органического вяжущего, тем более водостойким и менее водопроницаемым будет материал. Однако простое увеличение количества органического вяжущего ведет к падению прочностных характеристик материала и уменьшению его теплоустойчивости, поэтому необходимо повышать содержание в смеси именно асфальтового вяжущего.
3.2. ВЛИЯНИЕ ВЯЖУЩЕГО
Исследования водонепроницаемости асфальтобетона наиболее подробно проводились для гидротехнических сооружений.
В настоящее время, когда к тонким защитным слоям предъявляются повышенные требования по водонепроницаемости, результаты этих исследований стали достаточно актуальными и для дорожных организаций.
В работе [24] показано, что для получения материалов с повышенной водонепроницаемостью необходимо увеличить на 1-2% количество асфальтового вяжущего по сравнению с обычными дорожными смесями.
Наибольшее значение для обеспечения водостойкости имеют свойства органического вяжущего и эмульсий. Минералогический состав минеральной части, особенно его тонкодисперсной составляющей, также заметно влияет на прочность связи и сплошность обволакивания вяжущим. Однако введение модифицированных битумов, тонкодисперсных эмульсий и специальных добавок в вяжущее или в минеральную часть значительно ослабляет влияние минералогии каменных материалов [5].
Вязкость органического вяжущего выбирается обычно в зависимости от пористости и дисперсности минеральных материалов и климатических условий его применения: чем больше пористость и меньше прочность каменного материала, выше его дисперсность, ниже температура воздуха, при которой происходит укладка смеси, дольше срок хранения материала, заготовленного впрок, тем более жидким можно выбирать вяжущее. В таких случаях часто рекомендуются битумные эмульсии.
По типу применяемого эмульгатора, т.е. вещества, способствующего диспергированию, дорожные эмульсии бывают трех видов:
• анионные или щелочные;
• катионные или кислые;
• настовые или эмульсии на твердых эмульгаторах.
Для приготовления дорожных эмульсий применяют обычно растворимые в воде или в битуме органические эмульгаторы или тонкодисперсные порошкообразные вещества с достаточным количеством активной очистки кальция, которая является чаще всего действующим активным началом эмульгатора.
Формирование эмульсионно-минеральных смесей начинается с распада эмульсии при взаимодействии с минеральным материалом. При этом выделяется вода, а капельки битума, оседая на поверхности минеральных частиц, сливаются в сплошную битумную пленку.
К быстрораспадающимся относятся эмульсии, распад которых происходит вскоре после соприкосновения с минеральными материалами. При этом, чем мельче применяемый минеральный материал, тем быстрее происходит распад эмульсии. Этот тип эмульсий чаще всего используется для устройства защитных слоев, слоев износа.
Медленнораспадающиеся эмульсии распадаются только после того, как часть воды из них будет удалена путем отжима или испарения. На эту операцию необходимо предусматривать некоторое время.
Специфика твердых эмульгаторов состоит в том, что их эмульгирующая способность проявляется только после гидратации, что обеспечивается определенным соотношением порошкообразного эмульгатора и воды. Оптимальное для полного эмульгирования количество воды зависит от дисперсности эмульгатора и содержания в нем активных окислов кальция и магния.
3.3. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ
На IV Международном конгрессе ISSA был представлен ряд докладов, посвященных вопросу влияния минеральных компонентов и качества битума на свойства битумных эмульсий и смесей на их основе. Отмечено, что минералогический состав мелкодисперсной части смесей играет важную, но не решающую роль в формировании смесей на основе катионных эмульсий. В основном это влияние отражается на прочностных характеристиках смесей. Так, применение диоритовых минеральных материалов увеличивает прочностные показатели смеси, но требует принятия определенных мер по обеспечению хорошей адгезии битумов к этим материалам. Гораздо большее значение для получения материала хорошего качества имеют вид и концентрация применяемого эмульгатора, который все чаще является одновременно и добавкой, улучшающей свойства вяжущего и смеси [5].
Обеспечение шероховатости защитного слоя требует введения в состав смеси песчаных и щебеночных фракций. В этих случаях повышаются требования к обеспечению хорошего сцепления вяжущего и минерального материала. Особенно это важно для маловязких органических вяжущих.
Введение в смесь щебня влияет на прочностные характеристики материала. При незначительном содержании щебня (до 20%) свойства смеси определяются свойствами смеси песка с асфальтовым вяжущим. Для смесей с содержанием щебня более 20% возрастает роль органического вяжущего и характера взаимодействия его с поверхностью щебня. Введение щебня в количестве, определяемом обычно пределами кривых плотных смесей, считается оптимальным и позволяет сформировать каркас смеси и повысить прочностные показатели материала.
При этом следует отметить, что при использовании маловязких органических вяжущих необходимо увеличивать долю минерального порошка, который является основным структурообразующим элементом в смеси, позволяет получить асфальтовое вяжущее требуемого качества, чтобы затем регулировать прочностные характеристики смеси при помощи добавления песка и щебня.
3.4. ВЛИЯНИЕ ВОДЫ
Многие органоминеральные смеси содержат в составе воду. Вода является средой для перемешивания компонентов (в эмульсиях), регулирует консистенцию смесей, облегчает обволакивание минерального материала органическим вяжущим (в ВОМСах).
Известно три способа введения воды в смесь:
• естественная влажность минеральных материалов;
• вода в составе эмульсий;
• предварительное смачивание минеральных материалов. Обычно органоминеральные смеси содержат 4-12% воды от массы минеральных компонентов в зависимости от вида приготавливаемого материала. Чаще всего при этом количество минерального порошка не превышает 10%. При увеличении содержания мелких фракций количество воды может возрасти в соответствии с правилами проектирования соответствующего материала.
Недостаток воды в смеси повлияет на ее жесткость, смесь станет неудобоукладываемой и будет иметь неудовлетворительное сцепление с нижележащим слоем.
Увеличение количества воды против требуемого приводит к сегрегации смесей, т.е. быстрому их расслоению, отдельные смеси могут просто не получиться в процессе приготовления (например, ЛЭМС).
В обоих случаях ухудшаются физико-механические показатели материала.
3.5. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА ВОМС
ВОМС являются разновидностью органоминеральных смесей, содержащих в своем составе воду. Свойства материала, полученного путем уплотнения смеси, определяются свойствами и количественными соотношениями исходных материалов.
Проведенный с привлечением методов статистической обработки анализ позволил расположить факторы по степени их влияния на свойства ВОМС (по убывающей) [25]:
• соотношение между количеством органического вяжущего и тонкодисперсных частиц минерального порошка;
• содержание тонкодисперсных частиц;
• вязкость органического вяжущего;
• содержание активной составляющей минеральной части (количество свободной окиси кальция);
• вид и количество ПАВ, гранулометрических добавок и др.;
• содержание и размер щебеночной фракции;
• количество песка, размер и форма его зерен.
Для других видов органоминеральных смесей порядок расположения, а для некоторых смесей и набор факторов, могут быть иными. Так, для эмульсионно-минеральных смесей расположение и набор факторов, влияющих на свойства смесей, будут следующими:
• вид и количество эмульгатора;
• вид эмульсии, характеристика дисперсионной среды в эмульсии;
• вязкость и содержание битума;
• минералогия и гранулометрический состав минерального материала;
• количество воды, необходимое для смачивания минеральных материалов;
4.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ОМС
При использовании эмульсионных вяжущих и влажных смесей происходит еще и удаление из них воды. Для литых смесей, которые уплотняются под действием движения транспортных средств, удаление воды путем испарения или отжатая является важным начальным моментом в формировании структуры материала.
Состав ОМС проектируется с учетом назначения смесей, условий их применения и формирования структуры, а также свойств исходных материалов. Процесс проектирования включает следующие этапы:
• выбор типа смеси с учетом ее назначения и условий применения;
• выбор минеральных материалов на основании действующих норм и требований и определение оптимального соотношения их в смеси;
• выбор вяжущего, проектирование его состава (эмульсии, комбинированного вяжущего и т.д.) и определение оптимального его количества;
• определение оптимального количества воды для смесей, содержащих в своем составе воду;
• определение физико-механических свойств подобранной смеси и внесение необходимых коррективов.
При выборе минеральных материалов для ОМС необходимо учитывать изложенные выше закономерности влияния их свойств на свойства готовой смеси.
При определении соотношений минеральных материалов следует руководствоваться действующими нормами. В настоящее время для большинства видов ОМС считается наиболее целесообразным метод подбора минеральной части по принципу предельных кривых. За рубежом этот метод рекомендован практически для всех дорожных смесей.
Для смесей, не имеющих определенного гранулометрического состава, типа поверхностной обработки количество вяжущего и минеральной части обычно назначается по действующим нормам и затем проверяется на опытном участке [8].
4.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ЭМУЛЬСИОННО-МИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
Первый способ проектирования зернового состава применяется для смесей на основе жидких эмульгаторов и практически для всех зарубежных смесей.
Смеси сларри сил и песчаная ЭМС фактически аналогичны по своему составу и области применения, но предельные кривые, по которым ведется проектирование их минеральной части, у них значительно различаются. Сравнение этих смесей показывает, что к минеральной части с размером частиц 0,5-5 мм эмульсионно-минеральных смесей предъявляются менее жесткие требования, чем для сларри сил, в которой количество зерен этой фракции значительно больше (оно для сларри сил не подбирается, а назначается). Это показывает, что смесь сларри сил имеет более жесткий песчаный каркас и поэтому для нее более высокие требования к вяжущему.
Сравнение предельных кривых для щебенистых вариантов этих же смесей показывает, что они совершенно не совпадают (рис. 7) [5, 8]. Кривые для смесей ms лежат в области больших значений, чем кривые для эмульсионно-минеральных смесей. Смесь типа ms имеет более жесткий щебеночный каркас и значительное количество мелкой фракции, и поэтому более высокие требования предъявляются к вяжущему, применяемому для приготовления этой смеси.
Рис. 7. Гранулометрические кривые для:
Затем также расчетным путем находят требуемое количество мелких а песчаных фракций. В случае необходимости в спроектированную песчаную ЛЭМС добавляют полученное расчетным путем количество щебеночных фракций [3].
Количество воды в жидкой смеси также определяется расчетом в зависимости от полной влагоемкости минерального порошка.
В смесях, зерновой состав которых спроектирован по первому способу, количество воды обычно определяют методом лабораторного подбора. Для таких смесей рекомендуется содержание 6-8% воды, а для сларри сил 4-12%.
При выборе вяжущего следует исходить из крупности, количества и природы минерального материала смеси: для кислых пород и щебенистых смесей следует применять катионные эмульсии на модифицированных битумах (например, для смеси типа ms за рубежом используется только такое вяжущее).
Для каменных материалов из основных пород рекомендуется применение анионных эмульсий. Использование модифицированных битумов для таких материалов не всегда эффективно и поэтому необходима их проверка в лабораторных условиях или на опытном участке.
Для литых ОМС предпочтительнее применять быстрораспадающиеся эмульсии, скорость распада которых регулируют с помощью специальных добавок.
Обычно дозировка вяжущего в ЭМС составляет 3,5-9,5% от массы сухих материалов в пересчете на битум.
Подбор минеральной части для связных ЭМС ведется по первому способу. В качестве вяжущего применяются медленно- или среднераспадающиеся эмульсии как прямые, так и обратные.
Количество воды, используемой для увлажнения минеральных материалов, составляет ориентировочно 2-4% от массы сухих минеральных материалов и уточняется в лаборатории.
4.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ВЛАЖНЫХ СМЕСЕЙ
К этому классу смесей относятся ВОМС, нефтегравий и смеси на вспененном битуме.
К смесям на вспененном битуме часто предъявляют те же требования, что и к асфальтобетонным [11], поэтому проектирование их состава ведут по аналогичной схеме.
Для смесей типа ВОМС важное значение имеет рациональное соотношение минеральной части и органического вяжущего. Подбор состава для таких смесей целесообразно осуществлять по второму способу. Однако следует учитывать, что в этом случае расход вяжущего будет тем больше, чем выше его вязкость. Значит при использовании маловязкого вяжущего этот метод будет наиболее целесообразен.
Подобранный расчетным путем состав смеси уточняют в лаборатории. При этом можно, вводя специальные добавки и изменяя соотношение между количеством воды и вяжущего, получать смеси с различными характеристиками. Например, увеличивая количество воды по отношению к вяжущему (суммарное их количество должно быть постоянным и не превышать подобранной в лаборатории величины), получают смеси с высокими прочностными характеристиками, но более низкой водостойкостью.
Рис. 8. Гранулометрические кривые для:
4.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ГОРЯЧИХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ТОНКИХ СЛОЕВ
Принцип проектирования состава минеральной смеси по предельным кривым характерен для смесей, используемых для тонких и сверхтонких слоев. Исключение составляет смесь БМО.
Для смесей, применяемых в тонких слоях, возрастает значение прочности и шлифуемости дробленого материала (щебня и песка) и качества вяжущего. Наилучшим образом зарекомендовали себя битумные композиции, модифицированные вяжущие и смеси с добавками коротковолокнистого минерального материала.
Количество вяжущего и волокнистого наполнителя подбирается опытным путем. Методы расчета предложены лишь для смесей БМО [16].
Проектирование составов БМО осуществляют в следующем порядке:
• выбирают вид смеси и величину расхода битума в зависимости от условий движения, климатических условий и категории дороги;
• определяют необходимую максимальную крупность щебня в зависимости от вида обрабатываемого покрытия;
• назначают тип смеси по водостойкости в зависимости от плотности обрабатываемого покрытия;
• рассчитывают состав заполняющей части по принципу расчета песчаных асфальтобетонных смесей или литой смеси [16], принимая содержание вяжущего в основном по верхней границе требований;
• проверяют в лаборатории соответствие запроектированного состава и вносят необходимые коррективы;
• зная пределы содержания щебня и величину расхода битума для выбранного вида смеси, рассчитывают количество битума, необходимое для обработки щебня, заполняющей и минеральной части смеси (щебня, песка, минерального порошка).
В Германии для щебеночно-мастичных смесей требования к качеству применяемого вяжущего очень высокие, и поэтому не все битумные композиции и модифицированные битумы подходят для этих смесей [26]. Количество вяжущего назначается из расчета получения остаточной пористости в пределах 2-4% и обычно составляет около 9% [23].
За рубежом для всех смесей, применяемых для тонких и сверхтонких слоев, количество вяжущего чаще всего назначают, а затем уточняют опытным путем. Это вызывает неудобства в оценке качества материала при увеличивающемся объеме работ по содержанию дорожных покрытий, осуществляемых путем устройства тонких слоев. Поэтому в Германии была предпринята попытка разработать методику расчета требуемого количества вяжущего для обеспечения качества получаемого материала [27]. Предложенная схема расчета основана на определении толщины пленки органического вяжущего на зерне минерального материала, особенно на самой тонкодисперсной ее фракции. Авторами этой работы была установлена зависимость между размером зерна и так называемой виртуальной толщиной пленки вяжущего и представлена схема расчета для оценки потребности в вяжущем для смесей. Однако эта сложная методика расчета не нашла пока практического применения.
5.1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОМС
По возможности следует автоматизировать весь технологический процесс и организовать контроль за всеми этапами производственного процесса и качеством выпускаемой продукции.
Температура нагрева минеральных материалов при приготовлении ОМС обусловлена, в основном, вязкостью применяемого битумного или асфальтового вяжущего, а также погодными условиями, при которых планируется вести укладку смеси.
Обычно, чем больше влажность минеральных материалов, ниже температура окружающего воздуха и выше вязкость используемого вяжущего, тем более высокая должна быть температура нагрева минеральной части смеси. Применение ПАВ или эмульсий в качестве вяжущего для ОМС снижает температуру нагрева материалов.
Ориентировочные температурные режимы приготовления и использования различных ОМС в зависимости от вида применяемого вяжущего представлены в табл. 6.
Перемешивание материалов, входящих в состав смеси, производится в мешалках с принудительным перемешиванием. Качество получаемой смеси, кроме температурного режима и точности дозирования компонентов, зависит и от времени перемешивания смеси. Влияние этого показателя на производительность установки, а следовательно, и на скорость проведения дорожных работ, достаточно велико.