Повышение долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий требует разработки взаимосогласованной комплексной системы технических документов, регламентирующих методы конструирования и требования к применяемым материалам.

Д.т.н. Руденский А.В. (ФГУП РосдорНИИ)

Продление сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий   является одной из важнейших задач в области дорожного строительства.

Срок службы дорожной конструкции определяется согласно ВСН 41-88 как отрезок времени, в течение которого происходит снижение  несущей способности дорожной конструкции до уровня предельно допускаемого по условиям движения автотранспорта. Транспортно-эксплуатационные характеристики дороги в течение срока службы должны соответствовать предъявляемым требованиям без проведения за этот период каких-либо ремонтных работ.

Требования к транспортно-эксплуатационному состоянию дорожных асфальтобетонных покрытий, обеспечивающему удобное и безопасное движение автотранспортных средств, регламентированы ГОСТ 50597-93. Эти требования основаны на том, что дорожное покрытие не должно иметь нарушений ровности, затрудняющих движение автотранспорта.

В настоящее время расчет дорожных конструкций, обеспечивающих заданный срок службы, осуществляется на основе определения условий потери прочности в упругой стадии материалами конструктивных слоев.

Однако, потеря прочности  дорожного покрытия упругой стадии, проявляющаяся в образовании трещины, не является фактором, ухудшающим транспортно-эксплуатационное  состояние дорожной одежды, т.к. не влияет на показатели скорости движения автотранспортных средств (расчетная скорость движения автомобилей устанавливается согласно СП 34.13330-12 в зависимости от категории дороги и типа местности).

Поскольку критерием срока службы дорожной конструкции является нарушение допустимого уровня транспортно-эксплуатационного  состояния автомобильной дороги, то, следовательно,   расчет дорожной конструкции следует вести не только по критерию обеспечения прочности покрытия в упругой стадии, но и по критериям  недопущения потери устойчивости покрытия в отношении образования необратимых деформаций, нарушающих ровность покрытия и, соответственно, снижающих скорость движения автотранспортных средств.

Необратимыми деформациями покрытия, нарушающими требуемые показатели ровности, являются деформации пластического характера (колеи, сдвиги, наплывы, гребенка и пр.), а также образование выбоин, возникающих вследствие недостаточной водостойкости асфальтобетона под воздействием циклических динамических нагрузок от движущегося автотранспорта (особенно в условиях увлажнения материала покрытия).

В настоящее время реальные сроки службы дорожных асфальтобетонных покрытий до момента необходимости проведения ремонтных работ составляют, как правило, 3-4 года, а нередко такая необходимость возникает и через 2 года.

Это связано с развитием в процессе эксплуатации на асфальтобетонных покрытиях  таких видов повреждений или дефектов  как трещины, выбоины, колеи, выкрашивания, которые существенно ухудшают транспортно-эксплуатационное состояние поверхности дорожных покрытий, ухудшают условия проезда автотранспорта, негативно влияют на безопасность дорожного движения.

Столь малые сроки службы дорожных покрытий совершенно не отвечают экономически оправданным срокам безремонтной эксплуатации конструкций. Необходимость ежегодного выделения значительных средств на проведение ремонтных работ существенно тормозит развитие сети новых дорог в стране.

Согласно ГОСТ 27.002-2015 критерием срока службы объекта является период от начала эксплуатации, в течение которого обеспечивается возможность использования объекта  по назначению в соответствии с предъявляемыми требованиями, до достижения им предельно допустимого состояния, при котором дальнейшая эксплуатация становится экономически невыгодной или  недопустимой по условиям безопасности \1,2\.

Обеспечение сохранения транспортно-эксплуатационных характеристик дорожных покрытий в течение экономически оправданного срока службы, отвечающих требованиям ГОСТ 50597-93, достигается путем разработки системы технических требований к методам конструирования дорожных покрытий и применяемым материалам.

Отклонения от требований ГОСТ 50597-93 возникают в процессе эксплуатации  вследствие развития на покрытии деформаций в виде колей, волн, сдвигов, гребенки, а также выбоин или выкрашиваний. Появление на покрытии деформаций нарушающих требования ГОСТ 50597-93 к ровности покрытия являются отказом, указывающим на момент завершения безремонтного срока службы покрытия.

     Принципиальным  недостатком действующей системы требований    является то, что нормы проектирования, требования к асфальтобетону и, в    частности, к применяемому битуму не представляют собой единой взаимосогласованной системы, а требуемые показатели не стыкуются между собой.

Несогласованность основных технических документов является одной из важных причин того, что сроки службы устраиваемых на их основе дорожных асфальтобетонных покрытий не соответствуют экономически оправданным показателям.

Это приводит к тому, что вместо ускоренного развития сети дорог в нашей стране значительную часть сил и средств, выделяемых на нужды дорожной отрасли, приходится расходовать на многократные ремонтные работы для поддержания сети дорог в удовлетворительном транспортно-эксплуатационном состоянии.

В целях обеспечения большей эксплуатационной долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог необходимо совершенствование основных технических документов, определяющих правила производства работ, на основе разработки комплексной взаимосогласованной системы основных технических документов, таких как   СП 218.046-01 , ГОСТ 9128-97, ГОСТ 22245-90, исходя из базовых требований к дорожным покрытиям, регламентированных ГОСТ 50597-93.

         Совершенствование системы расчета и конструирования   дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями

Основным техническим документом, регламентирующим правила расчета и конструирования дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями, является СП 218.046-01, который предусматривает проведение расчета слоя покрытия на прочность под действием транспортной нагрузки. При этом расчетным условием является потеря прочности в упругой стадии при многократном циклическом изгибе. Критерием потери прочности является образование трещины.

Однако образование трещины в слое покрытия само по себе не является критерием нарушения требований к транспортно-эксплуатационному состоянию, т.к. не приводит к нарушению ровности покрытия. Появление трещины может только способствовать развитию неровности в процессе дальнейшей эксплуатации.

Это означает, что методика расчета долговечности  асфальтобетонного покрытия должна быть увязана с требованиями  ГОСТ 50597-93  к транспортно-эксплуатационному состоянию покрытия.

Поэтому для расчета ожидаемого срока службы дорожного покрытия недостаточно проводить расчет только по критерию потери прочности в упругой стадии. Для расчета срока службы покрытия необходимо дополнить СП 218.046-01 проведением расчетов на образование неровностей, нарушающих требования ГОСТ 50597-93. Неровности на покрытии могут возникнуть либо в результате потери прочности слоя асфальтобетона в пластической стадии, либо недостаточной водостойкости асфальтобетона,

либо вследствие деформаций слоя основания.

Для проведения таких расчетов методика СП 218.046-01 должна быть существенно переработана, дополнена с учетом требований ГОСТ 50597-93 и  увязана с системой требований к асфальтобетону, регламентированных ГОСТ 9128-97. Для решения этой задачи ГОСТ 9128-97 также должен быть существенно переработан, с тем, чтобы параметры физико-механических свойств асфальтобетона, предусмотренные в ГОСТ 9128-97 , были согласованы с параметрами свойств, используемыми в расчетах согласно СП 218.046-01.

  Совершенствование системы требований к асфальтобетонам

В целях совершенствования системы технических требований к асфальтобетону с учетом реальных условий эксплуатации дорожных покрытий требуется кардинальная  переработка ГОСТа на асфальтобетон, которая, как отмечалось ранее автором / 3 /,  должна базироваться на учете следующих основных положений:

  1. Характеристики прочности и деформативности асфальтобетона, определяемые в соответствии с положениями действующего ГОСТа, не корреспондируются с расчетными характеристиками асфальтобетона, лежащими в основе расчета дорожной конструкции при её проектировании.  Расчет дорожной конструкции опирается на характеристики модуля упругости асфальтобетона и прочности при кратковременном изгибе, тогда как ни тот, ни другой показатели согласно действующему  ГОСТ на асфальтобетон не определяются.   В результате при проектировании состава асфальтобетонной смеси для устройства покрытия  и при контроле качества готового покрытия остается неизвестным, достигнуты ли при использовании разработанного состава асфальтобетона расчетные показатели, предусмотренные проектом, и положенные в основу проектного решения по конструкции дорожной одежды.
  2. Используемые согласно ГОСТ показатели прочности асфальтобетона определяются в режиме медленного сжатия (при скорости деформирования 3 мм\мин) при температуре 20оС и 50оС. Этот режим не соответствует реальному расчетному режиму деформирования асфальтобетона в дорожном покрытии в процессе эксплуатации. В частности, температура 20оС не является расчетной и не связана с каким-либо опасным периодом эксплуатации дорожного покрытия. Показатель расчетной прочности асфальтобетона опирается на значения прочности при кратковременном (или динамическом) режиме при температуре 0оС. Известно, что температурная зависимость показателей прочности асфальтобетона при медленном сжатии и кратковременном (динамическом) изгибе имеют принципиально различный характер и могут привести к принципиально различным выводам о требованиях, предъявляемых к асфальтобетону \ 2,3 \.
  3. Марка асфальтобетона согласно ГОСТ устанавливается на основе данных о марке применяемого щебня по дробимости, истираемости и морозостойкости. В то же время качество применяемого битума никак не учитывается при назначении марки асфальтобетона, хотя известно, что именно свойства и дозировка  битума в наибольшей степени влияют на свойства асфальтобетона и его эксплуатационную долговечность.
  4. Дифференциация требований к асфальтобетону в зависимости от климатических условий района проведения работ по строительству и ремонту дорожных асфальтобетонных покрытий должна базироваться на уточненном дорожно-климатическом районировании, учитывающем специфику работы асфальтобетонных покрытий и, в частности, влияние континентальности климата.

Указанные недостатки ГОСТ 9128-97 (то же относится и к ГОСТ 31015) не позволяют  при проектировании асфальтобетонных смесей выявлять составы, наиболее полно отвечающие принятому в проекте конструктивному решению и климатическим условиям района расположения дороги, что и является одной из причин ускоренного развития повреждений дорожных покрытий в процессе последующей эксплуатации.

В свою очередь требования к асфальтобетонам должны быть согласованы с требованиями к  дорожным битумным вяжущим, которые являются важнейшим компонентом асфальтобетонных смесей в значительной степени определяющими все основные свойства асфальтобетонов, как термопластичных материалов. Это требует совершенствования требований, предъявляемых к дорожным битумным вяжущим, в целях создания единой комплексной системы технических требований, опирающихся на требования ГОСТ 50597-93 к транспортно-эксплуатационному состоянию дорожных покрытий, методам расчета и конструирования дорожных покрытий и требования к асфальтобетонам.

      Совершенствование системы требований к дорожным битумным вяжущим

Важным фактором необходимым, для того чтобы обеспечить экономически оптимальные сроки службы дорожных асфальтобетонных покрытий,  является применение битумных вяжущих, отвечающих техническим требованиям, соответствующих современному уровню условий работы автомобильных дорог.  Термин «битумные вяжущие» охватывает весь спектр органических вяжущих материалов, применяемых в дорожном строительстве, от «чистых» битумов до разнообразных модифицированных битумов, битумных или асфальтовых композиций \4\.

Основные требования, предъявляемые к дорожным битумным вяжущим, следующие:

1) Консистенция битумных вяжущих, которая должна отвечать требованиям климатических и эксплуатационных условий применения

2) Однородность

3) Теплоустойчивость

4) Устойчивость в отношении старения

5) Сцепление с минеральными материалами

 

  1. Консистенция битумных вяжущих должна оцениваться в объективных физических параметрах (в частности, вязкостью), а не в условных единицах (как это традиционно используется в действующих ГОСТах), не имеющих прямой связи с вязкостью и не имеющих связи с реальным режимом работы битума в процессе эксплуатации дорожного покрытия.
  2. Однородность битумных вяжущих должна являться обязательной характеристикой при использовании любых модифицированных битумов, битумных или асфальтовых композиций

3.Теплоустойчивость битумных вяжущих должна обеспечивать требуемый комплекс прочностных и деформативных характеристик во всем диапазоне эксплуатационных температур. Если действующий ГОСТ 22245-90 допускает применение битума с температурой хрупкости –6оС (марка БН 60\90), а реальные зимние температуры поверхности покрытия во многих регионах страны достигают нередко -20оС – -30оС и ниже, то, очевидно, что такой битум не в состоянии обеспечить трещиностойкость асфальтобетонного покрытия.

Наряду с этим нормируемая ГОСТом температура размягчения битумов вязких марок допускается на уровне 35-51оС (в зависимости от марки). Это значит, что при нагреве асфальтобетона на поверхности дорожного покрытия в солнечные летние дни до 60оС и более, устойчивость такого покрытия к образованию пластических деформаций будет недостаточной и послужит причиной  ускоренного образования колей, волн, сдвигов и других пластических деформаций в процессе эксплуатации.

4.Битум должен обладать необходимой стабильностью свойств во времени, т.е. устойчивостью к старению под воздействием технологических и эксплуатационных факторов.

Действующий ГОСТ 22245-90 нормирует большинство показателей без учета старения битума (за исключением показателя температуры размягчения), т.е. контролирует показатели битума, находящегося на складе, а не в реальных условиях эксплуатации.

Для обеспечения долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий необходимо контролировать те показатели битумных вяжущих, которыми они будут обладать в дорожном покрытии, т.е. после воздействия технологических и эксплуатационных факторов.

  1. Битумные вяжущие должны обладать высокими адгезионными свойствами, т.е. прочным сцеплением с минеральными материалами. Битум – это вяжущий материал, его основная функция – связывать в монолит минеральные материалы (щебень, песок, минеральный порошок), используемые при приготовлении асфальтобетона. Недостаточная адгезионная способность приводит к ускоренной дезинтеграции асфальтобетона в процессе эксплуатации, образованию выбоин, шелушению и износу поверхности, низкой водостойкости покрытия. К сожалению, действующий ГОСТ 22245-90 на вязкие дорожные битумы не предусматривает контроля адгезионных свойств битумов, хотя методика контроля адгезионных свойств битумов предусмотрена ГОСТ 11508-74.

 

Выводы:

  1. Решение задачи продления сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий требует разработки единой взаимосвязанной комплексной системы технических документов, регламентирующих как методику конструирования дорожных асфальтобетонных покрытий, так и требования асфальтобетону и применяемым битумным вяжущим, опираясь на общие базовые требования к транспортно-эксплуатационному состоянию дорожных покрытий.
  2. Для решения указанной задачи необходима переработка СП 218.046, ГОСТ 9128 и ГОСТ 31015, а также ГОСТ 22245 с целью обеспечения состояния дорожных асфальтобетонных покрытий в течение срока службы отвечающего требованиями ГОСТ 50597.

 

 

Литература:

  1. Руденский А.В. – Обеспечение эксплуатационной надежности дорожных асфальтобетонных покрытий, М, Транспорт, 1975, с.63
  2. Руденский А.В. – Дорожные асфальтобетонные покрытия, М, Траснспорт, 1992, с.254
  3. Руденский А.В. – О необходимости существенной переработки ГОСТ на асфальтобетон, Труды Росдорнии, вып. 21\1, 2009, 244-250
  4. Руденская И.М., Руденский А.В. – Органические вяжущие для дорожного строительства, М, Инфра-М, 2010, с.258