Статья - ЩМА. История, особенности, преимущества

Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) был разработан в 1966 году в Германии и, начиная с 1970 года, стал широко применяться в дорожном строительстве. Этот вид асфальтобетона появился как результат борьбы дорожных служб Германии с интенсивным разрушением дорожного полотна и образованием в нем колей из-за роста интенсивности движения большегрузных транспортных средств и применения шипованных шин. ЩМА представляет собой самостоятельную разновидность асфальтобетонов, одновременно обеспечивающую водонепроницаемость, сдвигоустойчивость и шероховатость устраиваемого покрытия. В отличие от асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-97 ЩМА характеризуется повышенным содержанием щебня и битума (до 80 % и 7,5 % по массе соответственно) с остаточной пористостью до 1 %. Для удержания на поверхности щебня такого количества свободного битума, в особенности на стадии производства работ, необходимо обязательное присутствие в смеси стабилизирующих волокнистых добавок. Оценка строительных материалов показала, что в рамках существующих технических регламентов можно получить покрытия ЩМА с высоким сопротивлением деформации.

ЩМА — превосходный, долговечный способ дорожного строительства строительства — почти все слои износа, положенные в первые годы начала использования этого метода, показали себя превосходно даже в условиях усиленных транспортных нагрузок. При этом считалось, что необходимо выполнять все необходимые правила использования строительных компонентов смеси и технологии ее укладки. 

Процесс приготовления и укладки ЩМА технологичен и не требует специального оборудования за исключением агрегата подачи и дозирования добавки. Оригинальный компонентный состав позволяет укладывать материал механизированным способом тонкими слоями, снижая удельный расход смеси на квадратный метр покрытия. Поэтому в сравнении с традиционными асфальтобетона ЩМА становится рентабельным, хотя и готовится из более дорогого исходного сырья. 

Безусловным достоинством ЩМА к тому же является низкий уровень расходов по ремонту и содержанию покрытия. Поверхность покрытий, получаемая при применении ЩМА, характеризуется комфортными и безопасными ездовыми качествами, а ее текстура отличается шероховатостью и способностью поглощать шум при движении транспортных средств. 

В странах, где достаточно долго применяли ЩМА, специалисты определили, что для получения хорошего качества покрытия необходимо, чтобы смесь была сбалансирована по составу, а укладка и уплотнение производились бы в соответствии с технологическим регламентом на высоком техническом уровне. 

Богатый зарубежный и отечественный опыт применения щебеночно-мастичных асфальтобетонов при устройстве верхних слоев дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. В настоящем пособии отражены наиболее важные аспекты этого весьма перспективного направления развития дорожной технологии. Многолетние исследования немецких специалистов позволили выработать действующие в настоящее время технические требования к смесям и асфальтобетону типа SMA. Кроме зернового состава нормированию подлежит содержание битума и стабилизирующей добавки. Для оценки удерживающей способности ЩMA разработан специальный метод испытания на отслаивание вяжущего - метод «антикапания». Его применяют при выборе эффективных стабилизирующих добавок, а также при проектировании составов смесей. В переработанном виде даннный метод рекомендован к применению и при контроле качества выпускаемой смеси в условиях России. Оценка строительных материалов показала, что в рамках существующих технических регламентов можно получить покрытия ЩМА с высоким сопротивлением деформации.

Специфика состава и структуры ЩМА предусматривает обязательное присутствие в качестве основных составляющих прочного щебня с улучшенной (кубовидной) формой зерен, «объемного» битума и небольшого количества стабилизирующей (обычно волокнистой) добавки для дисперсного армирования вяжущего. Под объемным битумом принято понимать ту часть вяжущего в асфальтобетонной смеси, которая не подвержена сильному структурирующему влиянию дальнодействующих поверхностных сил на границе раздела фаз.

По толщине битумной прослойки, разделяющей минеральные зерна смеси, провести четкую границу между объемным и структурированным битумом практически невозможно. Однако различие между ними существует, так как основное назначение стабилизирующей добавки - удерживать более толстые пленки горячего битумного вяжущего на поверхности щебня и предотвращать его отслоение и вытекание из смеси при высоких технологических температурах на стадиях приготовления, транспортирования и укладки.

В отличие от асфальтобетонных смесей типа А по ГОСТ 9128-97, содержащих от 50 до 60 % щебня, в ЩМА его объем достигает 70-80 %. 

В структурном отношении ЩМА отличается от других видов асфальтобетона настолько сильно, что его принято относить к самостоятельной группе дорожно-строительных материалов. Принципиальное различие обнаруживается уже на макроструктурном уровне при формировании минерального остова асфальтобетона. 

В условиях тяжелых транспортных нагрузок и экстремальных температур рекомендуется применять ЩМА на основе полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), особенно для устройства покрытий на мостах и городских улицах. Наиболее широкое применение в дорожном строительстве получили ПБВ с использованием модифицирующей добавки трехблочного сополимера типа «стирол-бутадиен-стирол» (SBS) в количестве до 6-6,5 % от массы битума. Различная физико-химическая природа структурных блоков сополимера приводит к обра- зованию самоорганизующейся трехмерной полимерной сетки в объеме ПБВ вследствие физической сшивки макромолекул полимера. За счет этого битум- ное вяжущее приобретает свойства, присущие эластомерам, что приводит к большей упругой деформативности, снижению хрупкости при низких темпера- турах (до – 40 0С) и одновременно к повышению сдвигоустойчивости покрытия при высоких температурах эксплуатации (до + 70 0С). 

Для снижения масштабов колееобразования на дорогах предложено использовать щебеночно-мастичный асфальтобетон толщиной 6 см, полимеризованный активным дорожным модификатором (АДМ). Перекрыть его надо так называемым «слоем износа» толщиной в 3 см. Сделать его предложено из «открытых битумоминеральных смесей» (БМО) на основе щебня сверхпрочных габбро-диабазных пород с синхронным нанесением полимерной битумной эмульсии. В целом это на 25% увеличивает затраты на стадии строительства, но вдвое повышает срок службы дорожного полотна.

Для борьбы с трещинами предлагается использовать метод холодного ресайклинга. Он на 15% дороже массово применяемых сейчас технологий, но на 50% увеличивает срок службы дорожного полотна. Рекомендуется также армировать основание полотна с помощью плоских синтетических георешеток. Это снизит затраты на работы на 15% и увеличит на 20% прочность слоев основания дорожной одежды. Для предупреждения образования температурных поперечных трещин предлагается специально нарезать верхнее покрытие дороги, уложить в шов резиновый канат и залить битумной мастикой.  

Для устранения распространенных разрушений покрытия вокруг люков и колодцев — канализационных, водоприемных и других — предложено использовать полимербетон, который имеет уникальные прочностные характеристики и сейчас применяется для обустройства деформационных швов мостов. Это примерно вдвое дороже традиционных методов и материалов, но в 3–4 раза увеличивает срок службы. Замгубернатора Игорь Шатурный высказал готовность хоть завтра выделить люк для опытного применения методики, чтобы решить одну из самых острых для автодорожников проблем.

Также предлагается комплексное решение сразу двух проблем — фактического отсутствия на многих участках бортового камня и водоотвода. Речь идет о полимерном дождеприемном бордюре, который выполняет функцию сбора воды за счет имеющихся в нем каналов. Он более прочен, чем бетонный бортовой камень, имеет срок эксплуатации около 50 лет. Это примерно на четверть увеличит затраты в момент строительства, но втрое снизит эксплуатационные расходы.