Специалисты обсудили актуальные вопросы отрасли, в том числе была поднята тема повышения качества на разных стадиях производства и укладки асфальтобетонных смесей.

Асфальтобетон - один из наиболее сложных строительных материалов. При высоких положительных температурах он обладает свойствами вязкопластичного материала, а при отрицательных - упругого материала. В рамках конференции заместитель директора по качеству ОАО «АБЗ-1» Наталья Майданова рассказала, как исходные компоненты влияют на долговечность асфальтобетонной смеси.

Сначала спикер поделилась опытом предшественников в этом вопросе. По ее словам, еще в прошлом веке отечественные ученые пришли к мысли о том, что нужно использовать какие-то вторичные ресурсы в приготовлении асфальтобетонной смеси или в других конструктивных слоях. Кроме того, предшественники много внимания уделяли границам раздела фаз между битумной пленкой и минеральным материалом, минеральными и каменными материалами, а также разными минеральными порошками.

Так, к примеру, теория ученого П.А. Рыбьева как раз подтверждает теорию объемно-функционального проектирования, то есть асфальтобетон с оптимальной структурой - это когда зерна максимально сближены между собой и между ними активная пленка битумного вяжущего, которая крепко держит все материалы. В исследованиях И.М. Борща, М.И. Волкова, Б.И. Ладыгина и В.М. Смирнова особое внимание уделено установлению закономерностей процессов структурообразования в асфальтобетоне в зависимости от характера используемых минеральных и вяжущих материалов. В этих работах выявлены некоторые особенности влияния минерального порошка на процессы структурообразования асфальтобетона.

Что такое минеральный заполнитель? Это смесь из щебня, песка и минерального порошка, которая при строгом соблюдении требований к зерновому составу образует минеральный каркас асфальтобетона. Взаимодействие битума и минеральных материалов является решающим фактором структурообразования в асфальтобетоне и влияет на эксплуатационные и объемные свойства, прочность в широком интервале температур, коррозионную устойчивость в изменяющемся влажностном и температурном режиме и термодинамическую устойчивость.

В новом ГОСТе также написаны требования по содержанию оксида фосфора, оксидов кальция и магния. Так, в твердых промышленных отходах производства, используемых для приготовления минерального порошка, и в порошковых промышленных отходах производства, используемых в качестве минерального порошка, допускается содержание активных соединений СаО + MgО не более 3 % по массе. В фосфоросодержащих отходах промышленного производства, используемых для приготовления минерального порошка, содержание Р2О5 не должно превышать 2 % по массе. При этом потери при прокалывании в твердых отходах промышленного производства, используемых для приготовления минерального порошка и в порошковых промышленных отходах, используемых в качестве минерального порошка (золах-уноса и золошлаковых смесях тепловых электростанций), должны составлять не более 20 % от массы.

По словам Натальи Майдановой, существуют три основных типа образования разрушения связей между битумной пленкой и каменным материалом: первый - когезионный разрыв, когда трещина проходит внутри разрыва вяжущего, второй - адгезионный разрыв, когда происходит отслаивание вяжущего от минерального материала, третий - разрыв одновременно по адгезионному и когезионному типу. Когда разрушение идет по когезионной составляющей, то есть по слою вяжущего материала, тогда этот дефект летом восстанавливается, асфальтобетон служит дольше, и коррозия от воды значительно меньше.

Спикер также назвала три важных аспекта долговечности асфальтобетона. Первый - это полное покрытие вяжущим поверхности минеральных материалов (смачивание, абсорбция и хемосорбция). Чтобы его соблюсти, необходимо контролировать степень обволакиваемости по ГОСТу, оптимизировать время и температуру перемешивания под каждый тип и вид смеси, использовать добавки.

Если какие-то частицы не покрыты каменным материалом, то это зона риска, где при попадании влаги битумная пленка отслоится, что приведет к быстрым разрушениям. По словам спикера, на практике видно, как недостаточность перемешивания смеси на заводе проявляется на дороге: уже в первый месяц эксплуатации битумная пленка быстро отшелушивается, а после первой или второй зимы начинается постепенное выкрашивание и вынос минеральных материалов с покрытия.

Кроме того, при приготовлении асфальтобетонной смеси следует обратить внимание на оптимальные температурно-временные режимы- рекомендации учтены в новых стандартах. Для этого необходимые режимы можно подобрать в лабораторных условиях, а затем выйти с этими параметрами на заводы. Однако проблема в том, что вяжущие материалы - неравномерные по вязкости. По словам Натальи Майдановой, даже нефтяной битум в рамках марки 70 на 100 с пенетрацией 72 может отличаться в 2 раза по вязкости от битума с пенетрацией 95.

Второй аспект - знание химического состава входящих компонентов для правильного подбора адгезионной добавки. После первого этапа, когда каждый минеральный материал закрыт битумной пленкой, нужно обеспечить прочное химическое сцепление. И здесь важно правильно выбрать адгезионную добавку в соответствии с используемыми каменными материалами и вяжущими. Необходимо обязательно применять адгезионные добавки во всех типах асфальтобетонных смесей, выбирать надежного производителя, оптимизировать содержание адгезионных добавок в зависимости от породы каменных материалов и вяжущего, учитывать термостойкость добавки, совершенствовать методику оценки сцепления и организовывать входной контроль поступающих партий.

Третий аспект - нужно дать достаточное время асфальтобетонной смеси, чтобы произошла термоадсорбционная устойчивость. Поэтому важно знать о наступлении термоадсорбционной устойчивости под воздействием межмолекулярного взаимодействия между битумом и минеральным наполнителем в течение определенного времени (при хранении, транспортировании, дозревании в лаборатории).

Согласно данным исследований ученых И.А. Рыбьева и И.В. Королева, классическая модель строения битумной пленки состоит из трех зон. Первая - твердообразная, которая граничит с поверхностью (собственный адсорбционный слой), вторая - структурированная, состоящая из упорядоченно расположенных высокомолекулярных компонентов битума, ориентированных к минеральному зерну, третья - диффузная, представляющая собой слабоупорядоченную высокомолекулярную часть битума, переходящая в объемный битум.

При изготовлении битумного вяжущего материала важно правильно выбрать пластификатор. Для примера: асфальтобетонную смесь привозят на объект, укладывают и уплотняют. За счет того, что современные асфальтобетонные смеси каркасные, продукт первое время выдерживает транспортные нагрузки, но уже через несколько дней эксплуатации покрытия может появиться пластическая колея.

Говоря о третьем аспекте долговечности асфальтобетона, спикер отметила, что термоадсорбционное равновесие - очень важный фактор, который зависит от того, в какой момент начали испытывать смесь, потому что отобранный продукт сразу после смесительной установки и продукт, который протермостатирован в течение нескольких часов после смесительной установки, либо асфальтобетон, который хранился в бункерах, а затем ехал в автомобиле, - это совершенно разные вещи.

Когда асфальтобетонную смесь отбирают в лаборатории, то проводят термостатические мероприятия, что является обязательным условием новых стандартов, в итоге часть битума впитывается в минеральный материал и перестраивает свою структуру, и смесь получается стабильной и однородной. Однако бывают такие ситуации, когда заказчику в лабораториях отбирают пробу, он ее не термостатирует и сразу замешивает материалы. В результате получаются разные объемные плотности и разные пустоты. Поэтому, как отметила Наталья Майданова, этот момент заказчики и подрядчики должны обговаривать в начале сезона, чтобы результаты были воспроизводимы между собой.

Важную роль в вопросе долговечности играет форма частиц минерального материала, который используется в производстве асфальта.  Круглая форма частиц является естественной: она получается в результате истирания и не обеспечивает высокой прочности из-за плохого взаимного сцепления и слабой адгезии. Подобные минеральные материалы характерны для пустынь, для побережья рек и морей. Второй вид - минеральные материалы неправильной или слегка закругленной формы: образованы путем трения, доступны в виде карьерного песка или гравия. Третий - материалы с кубовидными частицами, которые отличаются повышенной прочностью, они хорошо входят в зацепление друг с другом и образуют прочное покрытие. По этой причине высокое содержание материалов с кубовидными частицами формы указывается практически во всех современных технических условиях для стандартных покрытий, они наилучшим образом подходят для эластичных и жестких покрытий. Четвертый тип - минеральные материалы пластинчатой формы: такими зовутся те материалы, толщина которых мала по сравнению с их шириной и длиной. Пятый тип - угловатые частицы: имеют заметные кромки, сформированные в результате пересечения грубых плоских поверхностей и получаются путем дробления скальных пород. Шестой - минеральный материал с частицами удлиненной формы; когда длина фрагмента материала превышает два других размера, то материалы называют удлиненными, или если длина фрагмента минерального материала более чем на 180 % превышает его средний размер. При выпуске высококачественной смеси важную роль играет фракционный (гранулометрический) состав, который определяется в лаборатории. Как это происходит? Контейнеры-сита с различным размером ячеек заполняются материалом. После этого материал, задержавшийся на ситах, взвешивают (вес фракций выражается в процентах к общей массе образца). Сита расположены последовательно в порядке уменьшения размеров ячеек: сито с самыми крупными ячейками сверху, а с самыми малыми - внизу. После этого контейнеры помещают в механическое вибрационное устройство.

Еще один важный показатель при выпуске высококачественной смеси - взвешивание. Систему взвешивания можно назвать предпоследней стадией перед производством асфальта. Для выполнения этих мероприятий есть бункер взвешивания наполнителя, бункер взвешивания минеральных материалов и весы для битума с нижней выгрузкой. Для приготовления каждой смеси все компоненты должны быть тщательно взвешены замес за замесом. В частности, компания AMMANN применяет метод раздельного дозирования крупнозернистого и мелкозернистого материала. Дозирование крупнозернистого материала экономит время, а дозирование мелкозернистого материала повышает точность. При этом масса каждого компонента измеряется и документируется. Поверхностно-активные добавки снижают поверхностное натяжение на границе битум - минеральный материал, улучшают и ускоряют обволакивание поверхности минеральных материалов, увеличивают адгезию битума к минеральному материалу, увеличивают водостойкость и долговечность асфальтобетонных покрытий. Стоить отметить, что поверхностно-активные вещества (ПАВ) бывают анионные, катионные, амфотерные и неиногенные.

Согласно ОДМ 218.3.064-2019, адгезия вяжущего оценивается методом «перекатывания в бутылке» в течение шести часов. В документе говорится, что добавка эффективна при покрытии минеральных зерен вяжущих не менее чем на 80 %. Стабильность добавки оценивают по изменению глубины проникания иглы, растяжимости вяжущего при температуре 13 градусов и адгезии после 24 часов прогрева в объемном состоянии (1 литр) при температуре 163 градуса. Вяжущее с адгезионной добавкой стабильно и устойчиво к старению, если изменение показателей его свойств не выше, чем битума без добавок. Еще один важный показатель - водостойкость асфальтобетона: его определяют по ГОСТ Р 58401.18-2019.

Директор НИИ ЛАДОР Александр Дедюхин рассказал, как правильно выбрать и определить влияние битумного вяжущего на качество асфальтобетонных смесей в различных условиях. 

Сегодня существуют разные методы испытаний. Первый - по ГОСТу 12801 - это фундаментальные исследования по прочности: они больше применялись при исследовании асфальтового вяжущего. На сегодняшний день, эти требования устарели, потому что нельзя дать прогноз, как поведет себя асфальтобетон в реальных условиях. Второй - по ГОСТу Р 58401 и ГОСТу Р 58406 - это уже эмпирические исследования, то есть характеристики асфальтобетона проверяются в реальных условиях: это позволяет спрогнозировать, каким действиям асфальтобетон будет подвержен со стороны транспорта или погодных условий.

Так как же сделать асфальтобетон более долговечным? По словам спикера, для этого нужно применять высококачественный битум, модифицировать битум и асфальтобетон различными добавками, а также использовать высокопрочные каменные материалы. Однако в проектах сегодня такие данные отсутствуют и решение в большей степени возлагается на подрядные организации. У некоторых нет возможности проводить подобные исследования и закупать дорогостоящие материалы, так как деньги заложены на обычные материалы, а в убыток подрядчик работать не будет. Поэтому заказчик должен принять решение и начать закладывать средства на более качественные материалы. По итогу дороги, построенные на более качественных материалах, прослужат дольше и будут более безопасными, что дает экономию в перспективе.

Испытание на колееобразование проводят при 50 % надежности расчетных температур при 65, 60 или 55 градусах. И тут вопрос - какую температуру выбрать? Чаще всего ставят 60 градусов. При этом в ПНСТ 397-2020 приведены климатические данные для регионов России - согласно им половина субъектов РФ может проводить испытания на 55 градусах. По словам Александра Дедюхина, на практике этими возможностями не пользуются, так как заказчики требуют 60 градусов, но при этом закладывают обычный битум БНД, который может не подойти для проектирования асфальтобетонных смесей. Спикер отметил, что можно законным путем проектировать смеси при 55 градусах на тех битумах, которые есть, и не бояться что-то нарушить, либо выделять дополнительные средства на закупку более дорогого качественного вяжущего, чтобы каждый раз не гадать, подойдет он или нет.

Конференция «Асфальтобетон» проводится ежегодного в Санкт-Петербурге. В рамках мероприятия специалисты отрасли обсуждают актуальные вопросы по строительству и улучшению российских автодорог. Ключевыми темами этого года стали повышение качества асфальтобетона и применение вторичных ресурсов в дорожно-строительной отрасли. Новшеством в этом году стал «нулевой» день конференции, в который для студентов четырех вузов Петербурга были проведены лекции от ведущих специалистов дорожного хозяйства по различным направлениям. Практику такого сотрудничества с учебными заведениями в рамках конференции решено продолжить и в будущем.

В статье используются материалы из источника:

https://dorinfo.ru/stat/analitika/kak-prodlit-zhizn-asfaltobetona/