Срок службы одежды можно увеличить?

Автор Г.С. Бахрах, к.т.н., ФГУП «РОСДОРНИИ»

На вопрос, поставленный в заголовке, я отвечаю так: надо рассчитать толщину пакета асфальтобетонных слоев и назначить состав асфальтобетона с учетом механизма снижения прочности дорожной одежды. Об этом и пойдет речь в данной статье.

В работе [1] четко показано различие в механизмах разрушения замыкающего асфальтобетонного слоя и дорожной одежды в целом. Напомню, что под воздействием транспорта в подошве нижнего монолитного слоя образуются зародышевые трещины. После проезда определенного числа автомобилей на поверхности проезжей части появляется сетка трещин, прочность дорожной одежды снижается до критического уровня и требуется проведение капитального ремонта.

При прочих равных условиях решающее влияние на срок службы дорожной одежды оказывает толщина пакета асфальтобетонных слоев. Используя предложенный ранее метод расчета, была получена соответствующая зависимость [2]:

lgТр =

где Тр– срок службы дорожной одежды, годы; h – толщина пакета монолитных слоев, см.

В базовом варианте h = 22 см, а Тр = 15 годам (пример 3 в приложении 8 [3]). Если увеличить толщину нижнего слоя покрытия на 1 см (h = 23 см), то по формуле (1) lgТр =  0,536 + 0,0771·23 = 1,237, откуда Тр = 17,5 годам (усиленный вариант).

Таким образом, увеличение толщины нижнего слоя покрытия всего на 1 см позволяет повысить срок службы дорожной одежды на 2,5 года. А будет ли при этом экономический эффект? Задача решается путем технико­экономического сравнения вариантов с использованием метода дисконтирования(приведение разновременных величин затрат к базовому году) [4].

В альтернативном варианте при стоимости асфальтобетонной смеси 2400 руб. за тонну и плотности асфальтобетона 2,35 т/м3 удорожание от увеличения толщины слоя на 1 см составит Зу = 0,01·2,35·2400=
= 56,4 руб. на м2 или 56,4·7500 = 
= 0,42 млн руб. / км. Затраты на капитальный ремонт За = Зб + Зу = 8,7 +
+ 0,42 = 9,12 млн руб./ км.

Оказалось, что удорожание, связанное с увеличением толщины слоя на 1 см, не компенсируется снижением дисконтируемых затрат от увеличения срока службы дорожной одежды.

Другой путь увеличения срока службы дорожной одежды – замена высокопористого асфальтобетона на пористый. В работе [5] было показано на примере дорожной одежды дороги Ι категории в Московской области, что замена в нижнем слое высокопористого асфальтобетона на пористый позволяет снизить толщину пакета монолитных слоев на 4 см! При этом разница в цене между этими двумя типами асфальтобетона составляет всего 20 руб. за тонну.

Почему вообще при конструировании дорожной одежды используют пористый и высокопористый асфальтобетоны?

В своде правил СП 34.13330.2012 в табл. 32 в нижнем слое двухслойных покрытий применяют пористый асфальтобетон, а в верхнем слое основания – пористый и высокопористый асфальтобетоны.

В инструкции ВСН 46­60 [6] рекомендуется при проектировании располагать слои с возрастанием пористости сверху вниз.

В инструкции ВСН 46­83 [7, п. 2.12] рекомендуется в качестве верхнего слоя основания использовать пористый и высокопористый асфальтобетоны.

В ОДН 218.046­01 [3] о применении пористого и высокопористого асфальтобетонов упоминается только в примерах расчета приложения 8.

В монографии [8] Я.А. Калужский пишет на с. 295, что в методе проектирования многослойных нежестких дорожных одежд А.К. Бируля соблюдается принцип плавного убывания с глубиной модуля упругости конструктивных слоев по экспоненциальной кривой. Там же на с. 313 он отмечает, что нет таких методов, которые позволили бы без ограничения жесткости смежных слоев рассчитать дорожную одежду. Напрашивается мысль, не в этом ли истинная причина использования пористого и высокопористого асфальтобетона в нижних слоях дорожной одежды?

В последнее время у нас в дорожной отрасли активно обсуждается метод проектирования состава асфальтобетона по системе «Суперпейв». Этот метод широко внедряется в США. Его подробно описал в публикации [9] проф. США Б.С. Радовский (бывший наш со­
отечественник). Там речь шла только о смесях для плотного асфальтобетона. А для пористого? Никто на этот вопрос мне не мог ответить. Я обратился к Радовскому, и он мне любезно выслал Руководство США по проектированию асфальтобетонных смесей с комментариями [10]. Каково же было мое удивление, когда я понял, что там для устройства монолитных слоев дорожных одежд нежесткого типа с интенсивным движением применяют только плотный асфальтобетон (dense­graded). Обычно пакет асфальтобетонных слоев для таких дорог включает в себя верхний слой(wearing course), промежуточный слой (intermediate course) и слой основания (base course). Основная функция двух нижних слоев дорожной одежды – сопротивление усталости. В отчете № 567 NCHRP (Национальная кооперативная дорожно­исследовательская программа США) подведен итог исследования асфальтобетона разных составов. Лучшим по сопротивлению усталости признан асфальтобетон с более высоким содержанием битума.

Для выбора оптимального состава асфальтобетона по системе «Суперпейв» используют объемные показатели. Оптимальным является содержание битума в смеси, обеспечивающее остаточную пористость Vо = 4%. Но при этом зерновой состав смеси должен быть подобран так, чтобы пористость минеральной части смеси Vм находилась в определенных пределах, зависящих от номинального максимального размера зерен (NMAS). (В США NMAS – это размер отверстия сита, который на один номер больше номера первого сита, задерживающего более 10% зерен). Например, для NMAS = 12,5 см (по ГОСТ 9128 – это мелкозернистая смесь) Vм = 14–16%.

В наших ГОСТах на плотный асфальтобетон с 1967 г. регламентируют значение Vо в пределах 3–5%. Любопытно, что Vо = 4%, указанное выше, совпадает со значением, принятым в примере нашего пособия [11] на с. 44.

Выносливость асфальтобетона (сопротивление усталостному растрескиванию) зависит главным образом от выносливости мастики, состоящей из смеси битума (Б) и минерального порошка (МП) (асфальтовое вяжущее по Сахарову). Поэтому очень важно правильно выбрать соотношение по массе между этими компонентами. Система «Суперпейв» рекомендует отношение МП/Б в пределах от 0,8 до 1,6. Заметим, что это очень большой диапазон для одного и того же значении Vо = 4%. При разных значениях МП/Б выносливость асфальтобетона может существенно меняться. В пособии [11] рекомендуют принимать содержание МП (зерна мельче 0,071 мм) для плотного асфальтобетона по ГОСТ 9128­84 в пределах 6–12%. В примере 3.8 этого пособия МП = 7,7%, а Б = 6,2%. Отсюда МП/Б = 1,2, что соответствует рекомендациям «Суперпейв».

Итак, практические результаты, полученные от использования подхода к проектированию нежестких дорожных одежд по критерию усталостного растрескивания [5], подтверждаются опытом США. Не пора ли и нам отказаться от использования в нижних слоях дорожной одежды дорог Ι–ΙΙΙкатегорий пористого и высокопористого асфальтобетонов, заменив последние на плотный асфальтобетон?

Что можно посоветовать нашим специалистам с учетом проявляемого интереса к проектированию состава асфальтобетона по системе «Суперпейв»?

Основное отличие заключается в том, что у нас образцы уплотняют прессованием, а по системе «Суперпейв» – на приборе вращательного уплотнения. Большинство наших лабораторий не оснащены таким оборудованием. Я полагаю, что пока можно обойтись нашим методом уплотнения.

Подбор состава асфальтобетона можно выполнять согласно пособию [11] (это очень удачный документ).

Что касается оценки выносливости запроектированного асфальтобетона, то приборы циклического нагружения имеются только в нескольких лабораториях, а само испытание весьма трудоемко. Поэтому об оптимальном содержании битума пока можно судить по максимальному значению предела прочности при расколе (см. методику в [12]).

Полную версию статьи читайте в номере.

 0,536 + 0,0771h,

Прочитано 1310 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Заявка на подписку

Заполните это поле.
Введите, пожалуйста, адрес электронной почты!
Укажите версию подписки
Укажите период подписки
Введен недействительный тип данных
Введен недействительный тип данных
Заполняя данную форму, я передаю свои персональные данные в компанию АО "Издательство Дороги" и выражаю согласие на их последующую обработку и хранение в соответствии с ФЗ РФ №152 "О персональных данных"