Новинки

Асфальтобетонные покрытия, обладающие хорошей сопротивляемостью кратковременным нагрузкам, имеют невысокую прочность на растяжение при изгибе и недостаточную распределяющую способность при многократном приложении нагрузки. Поэтому возникающие в процессе эксплуатации асфальтобетонного покрытия усталостные и отраженные трещины, интенсивно развиваясь, приводят к преждевременному его разрушению.

Как повысить срок службы асфальтобетонного покрытия — вопрос совсем не праздный, поскольку основная масса автомобильных дорог и городских улиц имеют покрытия из асфальтобетона, а его зачастую плачевное состояние и быстрое, в течение нескольких лет, разру¬шение нового покрытия знакомо каждому автомобилисту.

Уже давно во всем мире, а последнее десятилетие и в России, повышают срок службы асфальтобетонного покрытия путем его армирования геосетками. При армировании асфальтобетонного покрытия геосетками увеличивается структурная прочность асфальтобетона, поскольку узлы геосетки работают как анкеры, а звенья являются опорой для крупного заполнителя. При этом геосетка включается в работу на растяжение при изгибе, предотвращая превращение микротрещин в раскрытые трещины.

На нашем рынке появились геосетки: полимерные, из стекловолокна, базальтовых волокон и др. Как всегда, игнорируя огромный зарубежный опыт применения различных геосеток для армирования асфальтобетона, в нашей стране идут тернистым путем познания преимуществ и недостатков применения различных геосеток, затрачивая на это материальные, людские ресурсы и время. Так, например, общеизвестно, что температура горячих асфальтобетонных смесей при укладке достигает 180 ⁰С, однако делаются попытки применения для армирования асфальтобетона из таких смесей геосеток из полипропилена, имеющего температуру плавления 120–140 ⁰С. В тоже время известно, что полиэстерное волокно имеет температуру плавления 255 ⁰С, и геосетки из него с успехом применяются для армирования асфальтобетона во всем мире.

По результатам многочисленных лабораторных исследований и опыту эксплуатации сформулированы следующие требования к армирующим геосеткам [1].

1. Геосетка должна обладать высокой термостойкостью, низкой ползучестью при достаточно высоких температурах укладки асфальтобетонной смеси (130–180 ⁰С).

2. Модуль упругости армирующего материала должен быть больше модуля упругости асфальтобетона не более чем на один порядок для того, чтобы воспринимать растягивающие усилия аналогично тому, как это происходит в железобетоне, где это соотношение выполняется.

3. Сцепление между асфальтом и армирующим материалом должно быть очень хорошим для того, чтобы избежать расслоения в слое армирования и передать растягивающие напряжения на смежные участки асфальтобетонного покрытия.

4. Размеры ячеек должны быть достаточны для взаимопроникания смеси и обеспечения хорошего сцепления между слоями покрытия. При применении горячих асфальтобетонных смесей на вязких битумах размеры ячеек должны быть в диапазоне 30–40 мм.

Анализируя вышеприведенные требования можно понять, почему такие материалы, как сталь, стекло или базальт, работают в паре с асфальтобетоном хуже, чем полимерные сетки из полиэстера (полиэфира) или поливинилалкоголя.

Разница между модулями упругости стекловолокна, стали, базальта, с одной стороны, и асфальтобетона, с другой, слишком велика, поэтому при армировании на всю ширину проезжей части должно быть обеспечено закрепление геосетки по контуру проезжей части. В противном случае армирующий элемент будет просто выдернут из асфальтобетона.

Если допускаемые силы сцепления между геосеткой и асфальтобетоном оказываются превышенными, происходит расслоение между сеткой и асфальтобетоном, что под влиянием динамических транспортных нагрузок приводят к полному разрушению стеклянных волокон. При взятии кернов после нескольких лет эксплуатации было установлено, что от стеклосетки остался только белый порошок.

Установлено[2,3], что геосетки из стекловолокна и базальта в асфальтобетонных покрытиях, работающих в условиях многократного приложения нагрузок, выдерживают значительно меньшее количество приложений нагрузки по сравнению с геосетками из полиэстера и поливинилалкоголя, то есть эти сетки плохо работают в долговременной перспективе. Проведенные лабораторные исследования показали, что разрывное усилие в стеклосетках упало до 20–30% от первоначального значения после 1 000 циклов нагружения, и ни одна из них не выдержала 5 000 циклов нагружения.

В работе [4] приведены лабораторные данные сравнительных испытаний образцов асфальтобетона, армированного сеткой из базальтовых волокон и Хателитом С. При статическом изгибе прочность образца, армированного Хателитом С, в 1,4 раза выше прочности образца, армированного базальтовой сеткой. Модуль упругости образца с Хателитом С как минимум в два раза выше, чем образца с базальтовой сеткой. При динамических испытаниях образцов на изгиб при максимальных значениях растягивающих напряжений, равных 10 МПа, количество циклов до разрушения у образца с Хателитом С в 13 раз выше, чем у образца с базальтовой сеткой.

В работе [5] приведены результаты сравнительных испытаний базальтовой геосетки и геосетки Хателита С по определению коэффициента механических повреждений при укладке и уплотнении асфальтобетона. Допустимый коэффициент механических повреждений регламентирован в зависимости от размеров щебня и должен находиться в пределах 1,15–1,20. Обе геосетки проверялись на прочность после укладки на них щебня фр. 5–15 мм толщиной 10 см и 3–5 проходов катка. Результаты испытаний показали, что при трехкратном прохождении катка базальтовая сетка потеряла почти 50% прочности (Хателит С — 10%), а при 5 проходах — 60% (Хателит С — 13%). Таким образом, очевидна тенденция потери базальтовой сеткой своей прочности, снижения способности к деформациям и разрушения при увеличении количества циклов уплотнения или просто проходов тяжелого автотранспорта при дорожных работах. Для сравнения, у геосетки Хателит С коэффициент механических повреждений при 5-кратном уплотнении оставался в пределах допустимого — не превышал 1,15.

Исследования на сдвигоустойчивость показали, что для керна с геосеткой Хателит С она равна 34 кН/м (вследствие хорошей битумной пропитки, оплавления и уплотнения нетканого материала, нанесенного на сетку), а для керна с базальтовой сеткой сдвигоустойчивость составила 6 кН/м при минимально допускаемой величине 15 кН/м.
Кроме того, расход 60% битумной эмульсии при укладке сетки Хателит С составляет 0,3–0,5 л/кв. м, а при укладке сетки из базальта — 1–1,2 л/кв. м.

Таким образом, для армирования асфальтобетонных покрытий в условиях многократно повторяющихся нагрузок явно предпочтительней геосетки Хателит С из полиэстера и Хателит ХР из поливинилалкоголя с размером ячеек 40х40 мм, выпускаемые фирмой Huesker Synthetic и имеющие сертификаты Российской Федерации. Геосетки имеют следующие расчетные характеристики: прочность на разрыв Рр = 50 кН/м, относительное удлинение при разрыве соответственно ε = 12–6%, температуру плавления 255 ⁰С. Геосетки этих модификаций выпускаются с подложкой из нетканого материала из полипропилена, назначение которой — увеличение адгезии геосетки к нижнему слою асфальтобетона. Геосетка Хателит ХР из поливинилалкоголя по сравнению с геосеткой Хателит С из полиэстера обладает большей устойчивостью к ползучести, что очень важно в условиях достаточно сурового климата России.

Возможны конструктивные решения, в которых одновременно, но на разных уровнях, применяются геосетка и нетканый геотекстиль. Как правило, это необходимо в дорожных одеждах с основаниями из полужестких материалов. В такой конструкции  нетканая прослойка, выполняет роль демпфирующей прослойки, сглаживающей усилия, возникающие в зоне трещины или шва при температурных перемещениях несущих слоев оснований, имеющих значительно больший коэффициент линейного расширения, чем асфальтобетон. К нетканой прослойке предъявляются следующие требования: плотность прослойки должна быть не более 150–200 г/кв. м, прочность на разрыв 8–9 кН/м, относительное удлинение при разрыве 50–60%.

Ремонт асфальтобетонного покрытия в этом случае осуществляется по следующей технологии. Перед началом работ производится фрезерование существующего покрытия в зоне трещины на ширину 60–50 см и глубину 5–6 см. Прослойка нетканого материала укладывается на ширину 30 см после розлива катионноактивной битумной эмульсии в количестве не менее 1 л/кв. м в пересчете на битум. Отфрезерованная полоса заполняется асфальтобетоном и уплотняется катком. Перед укладкой геосетки вторично производится подгрунтовка поверхности асфальтобетонного покрытия эмульсией в количестве не менее 0,6 л/кв. м в пересчете на битум на ширину раскатки геосетки: 150–170 см. Толщина вышележащего слоя из плотного асфальтобетона должна быть не менее 5 см. В процессе производства работ следует следить, чтобы была обеспечена хорошая адгезия между асфальтобетонным покрытием и применяемыми рулонными синтетическими прослойками.

Применение геосеток требует по сравнению с традиционно используемыми конструкциями дополнительных первоначальных затрат. Однако в случае армирования асфальтобетонного покрытия геосеткой значительно увеличиваются сроки службы дорожных одежд, что приводит к экономии эксплуатационных затрат. По данным зарубежных исследований, суммарное количество приложений нагрузки в армированной конструкции увеличивается в 3–4 раза по сравнению с неармированной конструкцией.

Имеющийся в Ленинградской области и Санкт-Петербурге более чем десятилетний опыт применения геосеток Хателит для армирования асфальтобетонных покрытий на федеральных дорогах области, Санкт-Петербургской КАД и магистральных улицах города убедительно свидетельствует об увеличении работоспособности (срока службы) армированных асфальтобетонных покрытий между ремонтами. n

Литература

1. 1993 RILEM Conference Proceedings «Reflective Cracking in pavements», p.187 — 192, «Investigations on the Effectiveness of Synthetic Asphalt Reinforcements», Kunst, Kirschner.
2. 1994 Conference Proceedings of Fifth International Conference on Geotextiles, Geomembranes and Related Products (Singapore),
p. 1169–1172, «Finnish Georeinforcement Research and Development Project», Friberg, Lahtinen, Slunga, Suni.
3. 1992 Research Project Georeinforcement Part B: Laboratory Tesing of Reinforcements, Helsinki University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Surveyinng.
4. Мiнiстерство освiти та науки України, Нацiональний транспортний унiверситет, кафедра дорожньо-будiвельних матерiалiв i хiмii, Технологiчний регламент використання сiтки Hatelit 40/17 C для армування асфальтобетону...,
Київ, 2001 р.
5. HUESKER Synthetic GmbH & Co. KG, информационное письмо от 20.02.2001 г.

Более подробно с анализом технологий производства геосеток мировых производителей, а также с текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка можно познакомиться в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок геосеток из НМ ПЭФ нитей в России».

www.newchemistry.ru