Технологические трещины в асфальтобетонных покрытиях. Пути решения проблемы

Асфальтобетон как композиционный материал для устройства дорожных покрытий получил широкое распространение главным образом за счет технологичности, высокой скорости строительства, а также хорошей ремонтопригодности.

Существующие правила производства работ при строительстве асфальтобетонных покрытий предполагают производить укладку на всю ширину проезжей части с помощью нескольких асфальтоукладчиков. Данная особенность организации работ направлена на получение однородного монолитного слоя покрытия, исключая наличие технологических стыков, которые представляют собой сопряжение холодной кромки ранее уложенной полосы покрытия с укладываемой горячей смесью. Однако укладка на всю ширину в местах расширения проезжей части, например на пунктах взимания платы, таможенных терминалах, парковках, затруднительна, а при строительстве аэродромов и проведении ремонтных работ на автомобильных дорогах по требованию заказчика невозможна. Поэтому наличие продольных и поперечных холодных стыков является неизбежной особенностью асфальтобетонных покрытий.

Выбоина на стыке асфальтобетонного покрытия без использования стыковочных лент

Актуальность данного вопроса связана с тем, что холодный стык – наиболее уязвимое место для возникновения таких дефектов покрытия, как технологические трещины. На первый взгляд нарушение целостности покрытия в зоне стыка не носит критического характера. Однако в осенне-весенний период, при многократных переходах температуры окружающего воздуха через ноль, атмосферная влага, находящаяся в трещине, подвергается циклическому замораживанию и за счет увеличения объема оказывает негативное воздействие на структуру асфальтобетона. Результатом такого воздействия является возникновение вторичных дефектов – сколов кромок трещин, выкрашивания зерен минерального материала, попадания влаги между слоями, что ведет к локальному разрушению покрытия и появлению выбоин.

Основной причиной возникновения трещин по холодному стыку является невозможность достижения требуемого уплотнения смеси вдоль кромки укладываемой полосы покрытия, что обусловливает наличие открытых пор и пустот в зоне сопряжения. В дальнейшем, при устройстве смежной полосы, в силу разницы температур устранить этот дефект оказывается невозможно, и структура асфальтобетона вдоль холодного стыка  будет характеризоваться избыточной пористостью и соответственно сверхнормативными величинами водонасыщения. Так, согласно исследованиям, показатель водонасыщения кернов, отобранных на технологических швах покрытия, в среднем в 2,5 раза превышает требования ГОСТ 9128-2013.

Наиболее распространенными технологическими решениями обеспечения целостности стыка, применяемыми на практике, являются прогрев кромки холодной полосы и обработка ее вяжущим. Технология прогрева кромки с использованием инфракрасных обогревателей позволяет уменьшить разницу температур, улучшить клеящуюся способность вяжущего и доуплонить асфальтобетон в зоне стыка. Существенным недостатком данного метода является его невысокая эффективность, особенно в неблагоприятных погодных условиях при температуре воздуха ниже 10 ^ОС и сильном ветре.

Обработка кромки холодной полосы покрытия вяжущим материалом проводится с целью заполнения пор асфальтобетона и снижения водонасыщения в зоне стыка. Очевидно, что устранение избыточной пористости приводит к снижению водонасыщения до нормативных значений и позволяет избежать разрушения покрытия в результате циклического замораживания – оттаивания. Ключевым моментом является соответствие количества вяжущего материала объему открытых пор или, другими словами, обеспечение необходимого расхода вяжущего. Так, для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси марки ЩМА 15, применяемой для устройства верхних слоев покрытий большинства федеральных автомобильных дорог, при обработке кромки необходимый расход вяжущего составляет 0,35 кг на погонный метр. Разогретый  битум и особенно битумная эмульсия, традиционно применяемые для обработки кромок, не могут обеспечить такой расход в силу недостаточной вязкости. Максимально достижимый расход битума составляет 0,07 кг/п.м, а битумной эмульсии – 0,02 кг/п.м, что совершенно недостаточно для полного устранения пористости. Попытка увеличить расход приводит к стеканию вяжущего с наклонной кромки, что не только не обеспечивает качество устройства сопряжения, но и препятствует уплотнению укладываемой полосы.

Стыковочная лента
из битумно-полимерного вяжущего

Комплексным решением задачи обеспечения целостности асфальтобетона в зоне холодного стыка является применение стыковочных лент, представляющих собой прямоугольный профиль, изготовленный из битумно-полимерного вяжущего (ФОТО 2). Основа метода состоит в том, что стыковочная лента, уложенная на кромку холодной полосы, плавится под воздействием высокой температуры смеси, заполняет поры и обеспечивает водонепроницаемость асфальтобетона вдоль стыка. При этом технология применения лент предусматривает только разматывание рулона ленты вдоль уложенной полосы покрытия, фиксацию ее на кромке, снятие защитной пленки и последующие стандартные технологии по укладке и уплотнению смеси (фото 3).

Стыковочные ленты, обозначаемые в зарубежной литературе как  Joint Tape, известны и применяются в развитых странах более 30 лет. В Германии применение лент регламентировано TL Fug StB 01. Разработка технологии производства и применения стыковочных лент в России была выполнена компанией ООО «НОВА-Брит» совместно с МАДИ и ФГУП «Ростехнология» в 2008 году. Тогда же были проведены опытные работы по применению лент в нескольких регионах страны на автомобильных дорогах с разными типами асфальтобетонного покрытия, а в 2009 году налажен серийный выпуск стыковочных битумно-полимерных лент «БРИТ». Одновременно с производством лент были разработаны программы технического сопровождения продукции и мониторинга, предусматривавшие регулярное участие наших специалистов в работах по устройству покрытий в различных регионах и систематический анализ состояния выполненных объектов. Реализация этих программ позволила адаптировать комплекс физико-механических свойств стыковочных лент к применению на различных типах асфальтобетонных покрытий во всех дорожно-климатических зонах.

Нанесение стыковочной ленты

Большое практическое значение оказали исследования, проведенные совместно с ЗАО «ВАД» (Санкт-Петербург), по определению влияния физико-механических характеристик и типоразмеров лент на эффективность устройства стыков в покрытиях из разных типов смесей на автодорогах различных категорий. По результатам этих работ была разработана и поставлена на производство стыковочная лента «БРИТ-ЩМА», предназначенная специально для применения на федеральных автодорогах с покрытиями из щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей.

На сегодняшний день ленты выпускаются в соответствии с СТО 77310225.003-2014 и представлены тремя марками в зависимости от области применения:

• «Брит-А» – для дорожных покрытий, выполненных из плотных горячих асфальтобетонных смесей;
• «Брит-Аэро» – для аэродромных асфальтобетонных покрытий;
• «Брит-ЩМА» – для устройства технологических стыков и сопряжений дорожных покрытий, выполненных из щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей.

Физико-механические характеристики стыковочных лент представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-механические показатели стыковочных лент.

Стыковочные ленты производятся в трех основных типоразмерах: [50×5], [50×7] и [50×8] мм, которые обеспечивают расход вяжущего соответственно 250, 350 и 400 г/п.м. Анализ многолетних наблюдений, проводившихся в рамках программы мониторинга выполненных объектов, показывает, что применение лент толщиной 8 мм, а для ЩМА – покрытий 7 мм гарантирует обеспечение целостности асфальтобетона в зоне холодного стыка на протяжении всего срока службы покрытия (фото 4).

Шов на старом асфальтобетонном покрытии
с использованием стыковочной ленты

Стандарты организации, определяющие технические условия и правила применения стыковочных лент «БРИТ» в 2011 году, согласованы с Федеральным дорожным агентством, ГК «Автодор» и сертифицированы Федеральным агентством воздушного транспорта для применения на аэродромах гражданской и государственной авиации.

Статистика темпов роста потребления лент дорожными организациями, выполняющими работы по строительству и реконструкции асфальтобетонных покрытий, отражает высокую степень доверия подрядчиков к применению предложенной технологии. Постоянными клиентами компании являются ЗАО «ВАД», ООО «Трансстроймеханизация», ООО «РГ СП Автобан»; ООО «СГК-Автострада»; ОАО «Орелдорстрой»; ООО «Руслан-1» и другие.

Сегодня стыковочные ленты «БРИТ» – это серия современных конструктивных материалов, обеспечивающих долгосрочную герметизацию стыков и сопряжений асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, мостов и аэродромов. Применение стыковочных лент обеспечивает продление срока службы покрытия, снижение эксплуатационных затрат, а фактическое удорожание стоимости строительства составляет десятые доли процента. Наша компания проводит индивидуальную работу с каждым заказчиком, обеспечивает сопровождение продукции и может предложить оригинальные технические решения для нестандартных задач и конструкций. В рамках действующей научно-исследовательской программы ведутся работы по совершенствованию качества выпускаемой продукции, разработке новых материалов и отработке технологий герметизации.

Д.В. Барковский, аспирант кафедры дорожно-строительных материалов БГТУ им. В.Г. Шухова, В.Г. Черкасов,  инженер-технолог ООО «НОВА-Брит».