Холодный ресайклинг асфальтобетонных покрытий реферат

Обновлено: 03.07.2024

В данной работе рассмотрен сравнительный анализ методов реконструкции дорожного полотна, требуемые к ним машины. Выявлены преимущества холодного ресайклинга.

Ключевые слова

Текст научной работы

С течением времени дороги изнашиваются как физически — на них появляются неровности и выбоины, так и морально — их грузоподъемность становится недостаточной. Восстановление покрытия требует много усилий: нужно удалить и вывезти для повторного использования старую дорожную одежду, и только затем уложить новое покрытие. Но еще сложнее увеличить грузонесущую способность дороги. Ну не вынимать же все ранее уложенные слои для замены их новыми! Между тем, если использовать материал старой одежды непосредственно на полотне дороги, то обе задачи существенно упрощаются.

Если профрезеровать изношенное покрытие на полную глубину, измельчить его, добавить по необходимости каменных материалов и вяжущих, перемешать и уложить ровным слоем, то получается новое основание дороги, которое затем уплотняется катками. Для этого требуются специальные машины большой мощности и производительности, способные фрезеровать на глубину 300 — 600 мм, с ротором диаметром более метра. Такие машины уже выпускаются ведущими зарубежными изготовителями строительно-дорожной техники — Caterpillar (США), Sakai, Niigata и Komatsu (Япония), Wirtgen и Bomag (Германия), Bitelli (Италия). Машины Caterpillar, Bomag и Bitelli построены по одной схеме. [1]

Данный метод ремонта покрытий является современным, хорошо зарекомендовавшим себя у дорожных организаций, способом и единственным в своем роде, поскольку обеспечивает восстановление основания дорожной одежды методом, позволяющим повторное использование материала старого покрытия. Применение данного метода позволяет сократить сроки реконструкции, ремонта, существенно снизить затраты. Производство работ методом холодной регенерации осуществляется без остановки движения. [6]

Ресайклер Wirtgen холодный — это дорожно-строительная машина, предназначенная для сфрезеровывания старого, изношенного дорожного полотна, смешивания гранулята с добавляемым к нему вяжущим, например, вспененным битумом, и укладки готовой смеси на только что обработанную поверхность. [2]

По своим особенностям Wirtgen WR 2500 практически не отличается от прочих зарубежных аналогов. В качестве основы используется классическая металлическая, профильная рама, со сварными соединениями и дополнительным усилением жесткости с помощью продольных и поперечных распорок. Поворотный механизм находиться в передней части, передний мост считается поворотным. Обе оси являются ведущими, дополнительно на каждое колесо установлена система автоматической и принудительной подкачки шин, что существенно облегчает эксплуатацию тяжелой техники. Можно выделить несколько характерных для данной модели особенностей: простота в управлении во время выполнения работ; использование разного навесного оборудования; большой запас мощности и прочности; эксплуатация в разных температурных режимах; У ресайклера Wirtgen WR 2500 рабочий орган расположен в средней части рамы, кабина оператора в задней, а двигатель в передней. При этом задняя часть располагается немного выше, чем остальные кузовные элементы, это сделано для того, чтобы обеспечить водителю-оператору наилучший обзор в дневное и ночное время. [5]

Рисунок 1. Ресайклер WR 2500

Преимуществами технологии холодного ресайклинга на месте являются:

Отсутствие загрязнения окружающей среды благодаря полному использованию материала старой дорожной одежды, нет необходимости в площадках для отвалов, объем привозных материалов минимален, очень невелики перевозки. Расход энергии значительно снижается, также как и разрушительное влияние транспортных средств на дорожную сеть;
Качество ресайклируемого слоя вследствие последовательного смешивания полученных на месте материалов с водой и стабилизатором. Жидкости вводятся в точно необходимом количестве благодаря микропроцессорной системе управления насосами. Смешивание отвечает самым высоким требованиям, поскольку компоненты принудительно перемешиваются в рабочей камере;
Структурная целостность дорожной одежды. Холодный ресайклинг позволяет получать связные слои большой толщины, которые отличаются гомогенностью материала. Благодаря этому не требуются жидкие вяжущие между тонкими слоями дорожной одежды, что иногда необходимо в дорожных одеждах традиционной конструкции;
Сохранение целостности грунта, так как при ресайклинге повреждение низкокачественного грунта меньше по сравнению с применением обычных дорожно-строительных машин для восстановления дорожной одежды. Обычно холодный ресайклинг выполняется за один проход ресайклером на пневмошинах, которые оказывают малое давление на грунт и мало деформируют его;
Уменьшение продолжительности строительных работ. Современные машины для ресайклинга отличаютсяДорожное строительство высокой производительностью, что существенно сокращает время строительных работ по сравнению с традиционными методами восстановления дорожных покрытий. Укорочение времени работ выгодно для пользователей дороги, так как благодаря этому дороги закрываются для движения на более короткий период.

Сделаем сравнительный анализ методов реконструкции дорожного полотна.

1. Перечень необходимых работ, проводимых при традиционных методах реконструкции:

Устройство объездной (дублирующей) дороги;
Разборка конструкции дорожного полотна бульдозерами, экскаваторами;
Вывоз материалов, полученных от разборки и их утилизация;
Создание продольного профиля;
Стабилизация (уплотнение) основания дороги катками с пропиткой битумными составами;
Устройство песчаного основания дороги;
Устройство щебеночного основания — 3 слоя (фракции) с уплотнением каждого слоя катками;
Подгрунтовка битумными составами;
Устройство асфальтобетонного покрытия (по расчету);
Устройство обочин путем подсыпки грунта с послойным уплотнением;
Устройство покрытия обочин из щебня с пропиткой битумными составами.

2. Перечень необходимых работ, проводимых при использовании метода холодной регенерации:

сухое рыхление на расчетную глубину;
профилирование дорожного полотна автогрейдерами;
укладка высокопрочного гранитного щебня на поверхность дороги (при необходимости усиления основания);
разрыхление на расчетную глубину с впрыском битумной эмульсии;
повторное профилирование дорожного полотна автогрейдерами;
уплотнение;
устройство асфальтобетонного покрытия (по расчету);
расширение обочин при необходимости.

Исходя из этого анализа видно, что применение метода холодной регенерации позволяет исключить из технологического процесса ряд операций. Отпадает необходимость в устройстве объездной дороги, исключаются работы, связанные с разборкой дорожного полотна, вывозом и утилизацией полученных материалов. Не требуется устройство песчаных и щебеночных оснований, т.к. при проведении регенерации существующее основание не повреждается. Существенно снижается количество задействованной при проведении работ техники.[6]

Галкин А.Р.
Рыбанов А.А.
Абрамова О.Ф.

Список литературы

Цитировать

Автомобильная дорога при эксплуатации теряет свои транспортно-эксплуатационные свойства, уменьшается прочность и ухудшается ровность покрытия, все это ведет к созданию аварийной ситуации на дорогах.

Для решения данной проблемы в области дорожного строительства наряду с традиционными методами ремонта и реконструкции автомобильных дорог появились принципиально новые технологии, отвечающие современным требованиям дорожной науки, постоянно возрастающей интенсивности движения, основанные на последних достижениях науки и техники.

Одной из таких технологий, позволяющих выполнить ремонт или реконструкцию автомобильных дорог является технология по методу холодного ресайклинга.

Задачей холодного ресайклинга является восстановление верхнего слоя дорожной одежды с использованием материала полученного от разборки старого покрытия. Имеющиеся разрушения удаляются вместе со слоем асфальтобетона, а высота покрытия практически не изменяется, что позволяет использовать данный метод на городских дорогах, где увеличение вертикальных отметок нежелательно.

Главным преимуществом холодного ресайклинга перед традиционными способами ремонта дорог, является значительная экономия средств на дорожно-строительных материалах. При традиционной технологии разрушенное покрытие фрезеруется, после чего производится укладка дополнительных слоев из асфальтобетонной смеси. После фрезерования остается асфальтовый гранулят, область применения которого значительно ограничена. Холодный ресайклинг же, позволяет использовать весь материал от разборки покрытия для устройства регенерированного слоя. Регенерированный слой, полученный в результате ресайклинга обладает высокими прочностными характеристиками, что позволяет сэкономить на толщине асфальтобетонного покрытия.

Поэтому в условиях постоянного увеличения дефицита и стоимости дорожно-строительных материалов при реконструкции или ремонте дорог, метод холодного ресайклинга наиболее рентабельный.

Рассматриваемая технология включает в себя ряд операций, одна из основных — измельчение покрытия посредством холодного фрезерования, в результате чего образуется асфальтобетонный гранулят (АГ). В полученный асфальтобетонный гранулят (АГ) вводят необходимые компоненты, такие как: скелетный материал, вяжущее, вода и минеральный порошок, затем происходит смешивание всех компонентов с получением асфальтогранулобетонной смеси (АГБ-смеси), ее распределение в виде конструктивного слоя и уплотнение.

Уложенная, уплотненная и полностью сформированная АГБ-смесь называется асфальтогранулобетон (АГБ).

Эта технология позволяет восстановить монолитность пакета асфальтобетонных слоев дорожной одежды на всю толщину или часть ее, без разогрева асфальтобетонного покрытия. Поверх регенерируемого слоя обычно укладывают одно- или двухслойное асфальтобетонное покрытие или устраивают поверхностную обработку.

Кроме того, разрушение старого покрытия позволяет ликвидировать источник возникновения новых отраженных трещин в вышеукладываемых слоях покрытия (копирование трещин), что неизбежно при традиционном методе усиления дорожной одежды.

В зависимости от вида нового вяжущего, вводимого в АГ при приготовлении АГБ-смесей, разделяют 6 типов:

тип А — без добавления вяжущего;

тип Э — с добавлением битумной эмульсии;

тип В — с добавлением вспененного битума;

тип Б — с добавлением разогретого битума;

тип М — с добавлением минерального вяжущего (чаще всего цемента или извести);

тип К — с добавлением комплексного вяжущего (чаще всего битумной эмульсии и цемента).

Физико-механические свойства смеси тип А определяются структурно-механическими свойствами АГ. Вследствие пониженной уплотняемости смеси, АГБ имеет высокую пористость (8–14 %) и низкую прочность. Преимуществом применения такого типа смеси является возможность открытия движения для транспортных средств сразу после уплотнения регенерируемого слоя.

Смесь типа Э наиболее технологична, ее чаще всего применяют для регенерации слоев, преимущественно состоящих из АГ. При применении такого типа смеси открытия движения возможно сразу после уплотнения регенерируемого слоя.

Прочностные свойства АГБ с добавлением минерального вяжущего значительно выше, чем у АГБ с добавлением органического вяжущего. Причем прочность в этом случае возрастает со временем.

Главным недостатком этого типа является то, что открытие движения возможно только после набора минимальной требуемой прочности.

Высоких прочностных качеств отремонтированных покрытий добиваются за счет использования смесей типа К. Данный тип подразумевает укрепление АГ комплексным вяжущим, т. е. укрепление материала одновременно минеральным и органическим вяжущими.

Применение комплексных вяжущих позволяет получить ряд преимуществ: предотвращает склонность смесей, приготовленных только с добавкой цемента, к трещинообразованию, а битумные эмульсии придают покрытию необходимую упругость. Применение этого типа смеси позволяет снизить толщину регенерированного слоя.

В зависимости от массовой доли щебня или гравия (зерна каменного материала крупнее 5 мм), входящего в состав асфальтобетона, из которого получен АГ, АГБ-смеси подразделяют на щебеночные с содержанием щебня 35 % и более и песчаные — менее 35 % содержания щебня.

Для дорог I-II категорий применяют щебеночные смеси, а для дорог III-IV категорий допускается применение песчаных. Если в АГ, используемом для приготовления щебеночных смесей, содержание щебня меньше 35 %, при приготовлении АГБ-смеси необходимо добавление недостающей фракции щебня.

Гранулометрический состав АГБ-смеси должен соответствовать требованиям, установленным в ГОСТ 9128–2013 [5] для пористых и высокопористых щебеночных смесей, за исключением частиц мельче 0,071 мм, содержание которых не нормируется.

Показатели физико-механических свойств АГБ, в зависимости от категории автомобильной дороги и типа смеси, должны соответствовать указанным в таблице 1.

Физико-механические свойства АГБ-смеси

Наименование показателя

Нормы для категории автомобильной дороги

I-II

III

для смесей типа

М, К

1. Предел прочности при сжатии, не менее, МПа, при температуре 20 °С в возрасте:

Холодный ресайклинг состоит по существу из измельчения материала существующей дорожной одежды на заданную глубину, что позволяет использовать его. Из этого материала, который затем перерабатывается обычно с добавкой стабилизатора, за один проход формируется новый, более прочный слой дорожной одежды.
Этот метод был разработан в конце 80-х годов, и теперь технологически сложные машины способны ресайклировать дорожную одежду реконструируемых дорог на глубину до 50 см за один проход.

Файлы: 1 файл

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ХОЛОДНОГО РЕСАЙКЛИНГА.docx

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ХОЛОДНОГО РЕСАЙКЛИНГА

Этот метод был разработан в конце 80-х годов, и теперь технологически сложные машины способны ресайклировать дорожную одежду реконструируемых дорог на глубину до 50 см за один проход.

Холодный ресайклинг теперь является обычным методом восстановления дорог во многих странах. Он может использоваться для модернизации и реконструкции самых разных дорог: от слабо нагруженных грунтовых до автомагистралей, испытывающих самые тяжелые нагрузки.

Холодный ресайклинг производится специализированными машинами, основным рабочим органом которых является фрезерный барабан с большим количеством резцов из твердого сплава.

Основным агрегатом машин является фрезерно-смешивающий барабан с большим количеством специальных резцов. Вращаясь, барабан измельчает материал дорожной одежды. При фрезеровании в рабочую камеру ресайклера впрыскивается вода, подаваемая из автоцистерны по гибкому шлангу. Ее количество дозируется насосом, управляемым микропроцессорной системой, чтобы после смешивания с измельченным фрезерным барабаном материалом влажность полученной смеси была оптимальной для уплотнения. Жидкие стабилизаторы (цементно-водная суспензия или битумная эмульсия отдельно друг от друга или в комбинации) также могут быть введены в рабочую камеру тем же способом. Кроме того, через специально разработанную распределительную систему в рабочую камеру может быть добавлен вспененный битум. Порошкообразные стабилизаторы, например портландцемент, обычно наносятся перед ресайклером непосредственно на существующее покрытие. Ресайклер в процессе фрезерования за один проход смешивает его с измельченным материалом и водой.

Вращающийся барабан измельчает материал дорожной одежды, как это показано на приведенном ниже рисунке:

Рис. 1а. Стабилизация гранулята цементно-водной суспензией.

Состав группы машин для ресайклирования может быть различным в зависимости от его целей и типа используемого стабилизатора. В каждом случае машина для ресайклинга буксирует или толкает работающие вместе с ней машины, для чего предусмотрены толкающие брусья или буксирные скобы. Типичные группы машин для ресайклирования (на примере машин фирмы Wirtgen, специально разработанных для холодного ресайклинга) представлены на рисунках.

Представленная на рис. 1 группа машин предназначена для холодного ресайклинга с добавкой цемента. Ресайклер толкает перед собой установку (WM 1000), в которой цемент и вода смешиваются в дозированных количествах. Полученная цементно-водная суспензия по гибкому шлангу перекачивается на ресайклер и впрыскивается в рабочую камеру (рис. 1,а). Вместо использования установки WM 1000 цемент может распределяться перед ресайклером в сухом виде (рис. 1,6). После ресайклинга слой из полученной смеси предварительно уплотняется брусом. Затем он может быть спрофилирован автогрейдером, после чего окончательно уплотняется виброкатком.

Преимущества холодного ресайклинга

Отсутствие загрязнения окружающей среды благодаря полному использованию материала старой дорожной одежды. Нет необходимости в площадках для отвалов, а объем новых привозных материалов минимален, что снижает загрязнение местности, неизбежное при открытии новых карьеров и каменоломен. Перевозки очень невелики, соответственно расход энергии значительно снижается, как и разрушительное воздействие транспортных средств на дорожную сеть.

Высокое качество ресайклированного слоя в силу последовательного эффективного смешивания полученных на месте материалов с водой и стабилизаторами. Жидкости вводятся в точно необходимом количестве благодаря микропроцессорной системе управления насосами. Смешивание отвечает самым высоким требованиям, поскольку компоненты принудительно перемешиваются в рабочей камере.
Точный контроль толщины слоя. Глубина резания фрезерного барабана с помощью электронной аппаратуры может регулироваться с точностью 5 мм. что позволяет точно контролировать толщину слоя; Более короткое время строительства. Это возможно благодаря высокой производительности современных машин для ресайклинга; Уменьшение зависимости от погодных условий. Важным преимуществом этого способа является то, что он позволяет продолжать работу и при неблагоприятных погодных условиях. При угрозе дождя работа может быть временно остановлена и затем сразу же продолжена по его окончании; Значительное уменьшение помех транспортному потоку и повышение безопасности. Весь процесс может выполняться вдоль одной половины дороги, в то время как другая остается открытой для движения.

Применение холодного ресайклинга

Реконструкция грунтовых дорог.

Восстановление асфальтобетонных дорожных одежд большой толщины.

Стабилизация и укрепление грунтов.

Холодный ресайклинг может использоваться для самых различных целей благодаря тому, что дорожные одежды могут ресайклироваться как на небольшую глубину 10 см, так и слоем до 50 см. за один проход. Современные машины для ресайклинга позволяют обрабатывать прочные дорожные одежды, состоящие из толстых слоев асфальтобетона, уложенного в горячем виде. Весь процесс обычно производится за один проход, существенно сокращая время работы и уменьшая помехи дорожному движению. Необходимо добавлять очень небольшое количество новых материалов, если они вообще необходимы; при этом материал старой дорожной одежды перерабатывается и укрепляется за один проход.

Как и для других дорожных технологий, возможны различные варианты холодного ресайклинга в зависимости от конструкции и состояния старой дорожной одежды, технических требований к ремонтируемой конструкции и условий строительства. Тем не менее, во всех случаях можно выделить 8 основных этапов, от измельчения старого покрытия до укладки нового замыкающего слоя в виде поверхностной обработки или из горячей смеси.

Фривей 405. Фрезерованная поверхность цементобетонного покрытия на крайней правой полосе. Справа – аварийная остановочная полоса с цементобетонным покрытием. Пешеходы не имеют доступа на фривей.

Первым этапом является фрезерование, измельчение покрытия и его перемешивание с материалом основания в заданной пропорции. Размер зерен измельчаемого материала зависит от скоростей движения ресайклера и вращения фрезерующего ротора, а также положений контролирующего максимальную крупность бруса и фронтальной и задней заслонок смесительной камеры. Получить смесь с зернами наибольшего размера 50 мм несложно, для этого достаточно снизить скорость. Обычно при глубоком ресайклинге стремятся обеспечить смесь с 95% зерен мельче 37,5 мм, а в некоторых случаях отсеивают зерна крупнее 25 миллиметров. Ресайклер не является дробилкой, в том смысле, что он не предназначен для получения зерен меньшего размера, чем имеющиеся в том щебне, из которого приготовлены старая асфальтобетонная смесь или основание дорожной одежды. Вместе с тем, получаемая в результате смесь имеет непрерывную гранулометрию, характерную для плотных смесей.

Обычно во время измельчения для охлаждения и обеспыливания добавляется вода (либо непосредственно в ресайклере, либо разбрызгивается на поверхность после его первого прохода). Количество воды определяется заранее на стадии подбора состава смеси с учетом количества эмульсии с тем, чтобы обеспечить оптимальную влажность смеси из условий достижения ею максимальной плотности при укатке.

Если глубина обработки менее 15 см и не требуется введение добавок (цемента, извести, золы уноса, нового щебня), то, в большинстве случаев, можно ограничиться одним проходом ресайклера. Если же необходима более глубокая обработка с уширением проезжей части и существенным исправлением поперечного профиля, а также введение добавок, то требуется несколько проходов ресайклера. Добавку вводят в битумную эмульсию и приготавливают суспензию, которая затем поступает в смесительную камеру для перемешивания с измельченным материалом старого покрытия. В этом случае после первого прохода смеси придается форма и она слегка уплотняется, а на втором проходе вводится добавка. Если нужна третья стабилизирующая добавка (например, при добавлении извести или цемента), делается третий проход.

Ресайклер может состоять из набора машин, одна из которых фрезерует и измельчает старый материал, другая дробит и просеивает, третья готовит смесь, а четвертая ее укладывает.

Предварительное уплотнение производят после первого прохода ресайклера, чтобы обеспечить достаточную плотность смеси перед приданием ее поверхности нужной формы. Для этого используют виброкаток или 25-тонный пневмокаток. Затем с помощью автогрейдера поверхности придается нужное очертание в продольном и поперечном профиле. Заметим, что в США двускатный профиль поверхности дорожного покрытия проектируют не в виде двух отрезков прямых, пересекающихся по оси проезжей части, как это принято в России, а в виде квадратной параболы, имеющей максимум по оси. Считается, что этим достигается более быстрый сток дождевой воды в поперечном направлении.

Важные достоинства технологии ремонта покрытий методом холодного ресайклинга – возможность исправления профиля поверхности и уширения проезжей части. С целью уширения в смесь вводят дополнительный щебеночный материал в необходимом для этого количестве.

Конфигурация бортового камня из монолитного бетона

За профилированием следует дополнительное увлажнение (чтобы возместить потерю влаги при профилировании до оптимальной влажности) и промежуточное уплотнение. В зависимости от толщины уплотняемого слоя для этого используют пневмокаток либо гладковальцовый виброкаток массой 12–14 тонн, чтобы устранить разрыхления, возникшие после работы автогрейдера. Пневмокаток используют при толщине уплотняемого слоя в рыхлом состоянии свыше 15 см. Применяемые катки имеют массу 25–30 тонн и давление в шинах 0,6 МПа. Между окончанием дополнительного увлажнения и началом промежуточного уплотнения должно пройти определенное время, зависящее от скорости распада битумной эмульсии, например, 30 минут. Визуально этот распад воспринимается как изменение цвета смеси от коричневого к черному. Необходимый промежуток времени зависит от свойств эмульсии, толщины слоя, температуры и влажности воздуха, а также от скорости ветра. Окончательное уплотнение производится гладковальцовым катком с одним или двумя вальцами массой 12–14 тонн, работающим в статическом режиме. Некоторые специалисты рекомендуют завершать уплотнение при влажности смеси на 0,5–2% ниже оптимальной и при плотности скелета 96–97% от максимальной его плотности при стандартном лабораторном уплотнении смеси.

Замыкающий слой – заключительная стадия ремонта по методу холодного ресайклинга. Он необходим, поскольку прочность материала отремонтированного покрытия и его сопротивление износу при непосредственном соприкосновении с колесами автомобилей меньше, чем у слоя из горячей асфальтобетонной смеси. Некоторые специалисты рекомендуют устраивать замыкающий слой не раньше, чем через 10–14 дней после его уплотнения, если температура воздуха в это время не ниже 16°C. Наиболее часто применяют 4 варианта замыкающего слоя:

двойная поверхностная обработка (chip seal);

холодная асфальтобетонная смесь;

горячая асфальтобетонная смесь.

По опыту, накопленному в штате Миннесота (где природные условия примерно соответствуют Московской области), отремонтированная по методу холодного ресайклинга дорожная одежда с поверхностной обработкой служит в среднем 6–8 лет, с замыкающим асфальтобетонным слоем – 7–15 лет.

Читайте также: