Качество битумов в значительной степени определяет показатели прочности и деформативности асфальтобетона и долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий.

Продление сроков службы асфальтобетонных покрытий позволяет существенно сократить затраты материальных и финансовых ресурсов, расходуемых на периодическое проведение ремонтных работ по поддержанию состояния покрытий в требуемом транспортно-эксплуатационном состоянии. Автомобильные дороги с асфальтобетонными покрытиями являются основой дорожной сети страны, они выдерживают основной объем автотранспортных перевозок. Протяженность дорог с асфальтобетонными покрытиями составляет более 90 % общей протяженности  дорог с покрытиями других типов.

Состояние асфальтобетонных покрытий оказывает существенное влияние на эффективность работы автомобильного транспорта. Наличие на поверхности дорожного покрытия разного рода повреждений и неровностей приводит к перерасходу топлива при движении автотранспортных средств, возникновение повышенного уровня вибраций – к ускоренному износу как самого дорожного покрытия, так и движущихся автомобилей. Вследствие этого стоимость перевозок автомобильным транспортом в стране в 1,5 раза, а расход горючего на 30 % превышают аналогичные показатели развитых зарубежных стран.

Расчеты показывают, что увеличение общей площади повреждений покрытия на 1 % приводит в среднем к увеличению расхода топлива при движении по дороге также на 1 %.

         Рост требований к транспортно-эксплуатационным характеристикам асфальтобетонных покрытий, связанный с ростом скоростей движения и увеличением количества тяжелых и сверхтяжелых грузовиков в составе движения на ряде магистральных дорог, отчетливо выявляет недостаточность существующего в настоящее время уровня качества дорожных битумов. Это является, в свою очередь, одной из причин сокращения сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий, преждевременного выхода асфальтобетонных покрытий из строя вследствие интенсивного развития повреждений в виде колей, пластических деформаций, трещин, выбоин и др.

Реальные сроки службы асфальтобетонных покрытий в условиях интенсивного движения автотранспорта составляют во многих случаях не более 4–5 лет, а нередко и 2–3 года. Столь малые сроки службы покрытий вынуждают дорожные организации проводить многократные ремонтные работы в процессе эксплуатации дороги, тратить значительные материальные, трудовые и финансовые ресурсы не на развитие дорожной сети и строительство новых дорог, а на поддержание  требуемых транспортно-эксплуатационных показателей уже существующей сети автомобильных дорог.

Продление сроков службы асфальтобетонных покрытий за счет повышения качества битумов позволит существенно снизить затраты на ремонтные работы и высвободить сотни миллионов рублей на улучшение состояния дорожной сети в целом [1, 2].

Качество битума в значительной степени определяет качество и сроки службы дорожных асфальтобетонных покрытий, поскольку все характерные особенности свойств асфальтобетона как термопластичного материала определяются свойствами битума.

Эффективность применения высококачественных битумов, обеспечивающих продление сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий и сокращение затрат на их ремонт и содержание, выдвигает задачу организации производства и применения битумных вяжущих нового поколения, в которых битум служит основным базовым компонентом, а необходимый уровень качества достигается за счет введения разного рода модифицирующих компонентов. Если история применения органических вяжущих в дорожном строительстве начиналась с использования вязких нефтяных остатков – гудронов, которые можно рассматривать как остаточные битумы первого поколения, то в дальнейшем был осуществлен переход к битумам, получаемым на основе гудронов путем специальной переработки их окислением или глубокой вакуумной дистилляцией. Эти битумы, применяемые в настоящее время, представляют собой битумы второго поколения. Необходимость продления сроков службы дорожных покрытий в условиях современного движения, требования повышения эффективности работ по их строительству и ремонту ставят актуальную задачу разработки и применения высококачественных битумных вяжущих третьего поколения.

     Дорогам ХХI века нужны высококачественные битумы третьего поколения!

         В битумных вяжущих третьего поколения непосредственно нефтяной битум выполняет роль базового компонента, на основе которого формируются модифицированные, комплексные или композиционные битумные вяжущие, отвечающие повышенным требованиям, соответствующим конкретным условиям эксплуатации. В качестве модифицирующих компонентов в битум могут вводиться разного рода полимерные или эластомерные добавки, резиновая крошка, поверхностно-активные вещества, тонкодисперсные минеральные наполнители, минеральные или органические волокна.

Модифицированные битумные вяжущие получают путем введения в битум специальных добавок (модификаторов), улучшающих те или иные свойства битума. К модифицированным битумным вяжущим относятся битумы (или другие органические вяжущие), содержащие до 10 % (по массе) добавок модификатора. В качестве модифицированных битумов широко известны разнообразные полимербитумные вяжущие, резинобитумные вяжущие, битумы, модифицированные добавками поверхностно-активных веществ, природных битумов, а также продуктов нефтехимии, коксохимических и лесохимических производств.

         Комплексные органические вяжущие (КОВ) – это вяжущие, состоящие из двух или более компонентов, в которых содержание основного компонента составляет менее 90 % по массе. В качестве компонентов КОВ могут быть использованы нефтяные и природные битумы, тяжелые нефти, каменноугольные и сланцевые битумы, продукты нефтехимических, коксохимических и лесохимических производств. К числу КОВ относятся дегтебитумные и битумодегтевые вяжущие, сернобитумные вяжущие, вяжущие, получаемые с использованием тяжелых нефтей и природных битумов, остатков от регенерации отработанных смазочных масел, а также композиционные вяжущие.

К композиционным вяжущим относятся КОВ, содержащие более трех компонентов, включая различные модифицирующие добавки, пластификаторы, структурирующие и стабилизирующие добавки (например, тонкодисперсные порошки и волокнистые наполнители).

Наиболее известным компонентом комплексных органических вяжущих из числа природных битуминозных материалов является тринидатский озерный асфальт, а также составы на основе природных тугоплавких битумов типа асфальтитов или гильсонитов. К числу битумных вяжущих относятся также асфальтовые вяжущие, состоящие из смеси битума с минеральным порошком.

Естественно, выбор типа модифицирующих компонентов должен  отвечать конкретным требованиям условий эксплуатации дорог. Так, например, в районах с влажным климатом первоочередной задачей является повышение адгезионных свойств битумов, в районах с континентальным климатом – расширение интервала пластичности битумов.

     Основные требования, предъявляемые к битумным вяжущим, следующие:

  1. Битумные вяжущие должны обладать высокими адгезионными свойствами. Основная функция битумных вяжущих – связывать в монолит минеральные материалы (щебень, песок, минеральный порошок), используемые при приготовлении асфальтобетона. Недостаточная адгезионная способность приводит к ускоренной дезинтеграции асфальтобетона в процессе эксплуатации дорожных покрытий, образованию выбоин, шелушению и износу поверхности, низкой водостойкости покрытий. К сожалению, действующий ГОСТ 22245-90 на вязкие дорожные битумы не предусматривает контроля адгезионных свойств битумов, хотя методика контроля адгезионных свойств битумов предусмотрена действующим ГОСТ 11508-74.
  2. Битумные вяжущие должны обладать требуемым комплексом прочностных и деформативных характеристик во всем диапазоне эксплуатационных температур. Следует отметить, что годовой диапазон температур в верхнем слое асфальтобетонного покрытия может достигать в процессе эксплуатации 100° С и более, поскольку поверхность покрытия в жаркие летние дни может нагреваться до 60–65° С и более, зимние же температуры в ночное время могут опускаться до –30–40° С, а в ряде регионов нередко и ниже. Если действующий ГОСТ 22245-90 допускает применение битума с температурой хрупкости –6 оС (марка БН 60/90), то очевидно, что такой битум не в состоянии обеспечить трещиностойкость асфальтобетонного покрытия. Соответственно, если нормируемая ГОСТом температура размягчения битумов вязких марок допускается на уровне 35–51° С (в зависимости от марки), то при нагреве асфальтобетона на поверхности дорожного покрытия до 60° С и более устойчивость такого покрытия к образованию пластических деформаций является недостаточной, что приводит к ускоренному образованию колей, волн, сдвигов и пр. Интервал пластичности применяемых битумов должен составлять для центральных регионов европейской части страны не менее 72–75° С, а для районов с континентальным климатом – не менее 80° С.
  3. Битумные вяжущие должны обладать необходимой стабильностью свойств во времени, т. е. устойчивостью к старению под воздействием технологических и эксплуатационных факторов и устойчивости к расслоению (однородностью).

Действующий ГОСТ 22245-90 нормирует большинство показателей без учета старения битума (за исключением показателя температуры размягчения), т. е. контролирует свойства битума, находящегося на складе, а не свойства битума, работающего в составе дорожного покрытия.

Другим важным условием качества битумных вяжущих является их однородность, поскольку применение неоднородных (гетерогенных) вяжущих не позволяет обеспечить требуемую ГОСТ 9128 однородность асфальтобетона и, соответственно, однородность качества дорожного асфальтобетонного покрытия.

В связи с вышеуказанным представляется целесообразной переработка действующего ГОСТ 22245-90 с введением подразделения битумных вяжущих на три сорта: высший, первый и второй. К битумным вяжущим высшего сорта следует относить вяжущие, имеющие интервал пластичности не менее 75° С, отличное сцепление с применяемым каменным материалом (определяемое по модифицированной методике ГОСТ 12801), а также обладающие стабильной однородностью и устойчивостью  к старению.

К битумам первого сорта следует относить битумы, соответствующие требованиям ГОСТ 22245 к маркам БНД, а к битумам второго сорта – битумы, соответствующие требованиям ГОСТ 22245 к маркам БН.

Параллельно к действующему ГОСТ 22245-90 был разработан АНО «НИИ ТСК» ГОСТ 33133-2014 на битумы нефтяные дорожные вязкие, который, однако, не был согласован с нефтеперерабатывающей промышленностью, не содержит требований к однородности битумных вяжущих, их сцеплению и интервалу пластичности. Кроме того, ГОСТ 33133-2014 допускает использование битумов марок БНД 35-50 и БНД 20-35, которые не могут быть допущены к применению при приготовлении дорожных асфальтобетонных смесей в соответствии с ГОСТ 9128-09, ГОСТ 31015-2002 и ГОСТ Р 5440-2011. К тому же ГОСТ 33133-2014 перегружен необязательными (дополнительными) показателями, определение которых не влияет на оценку качества битумов.

Учитывая важность влияния качества битумов на качество и долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий, необходима согласованная с производителями нефтяных дорожных битумов, т. е. с нефтеперерабатывающей промышленностью, переработка действующего ГОСТ 22245-90 на битумы нефтяные дорожные вязкие с привлечением ведущих специалистов в области дорожных битумов как от нефтеперерабатывающей, так и дорожной отраслей. Кроме того, качество битумов обязательно должно учитываться при установлении марки асфальтобетонов в действующих ГОСТах на смеси асфальтобетонные дорожные.

Обеспечение качества дорожных битумов, отвечающего современным требованиям дорожного строительства, является одним из важнейших факторов эффективного расходования материальных и финансовых ресурсов при строительстве и ремонте дорожных асфальтобетонных покрытий. Продление сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий позволит существенно сократить затраты материальных и финансовых ресурсов, расходуемых в настоящее время на периодическое проведение ремонтных работ, высвободить средства на повышение транспортно-эксплуатационных характеристик значительной сети дорог более низких технических категорий, повысить эффективность работы автомобильного транспорта в целом по стране.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Руденский А. В. Дорожные асфальтобетонные покрытия // Актуальные проблемы ресурсосбережения и качество: сб. трудов 4-й Всероссийский дорожный конгресс. М., 2015. С. 178–186.
  2. Руденский А. В. Ресурсосберегающие технологии – актуальное направление экономии материальных, энергетических и финансовых затрат в дорожном строительстве // Дорожники.   2014. № 2. С. 30–32.

А. В. Руденский,д–р техн. наук, профессор, академик Академии военных  наук, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, зам. руководителя Исследовательского Центра по дорожному строительству ОАО «НИИМосстрой».

e-mail: ruda0704@yandex.ru