Содержание дорог с высокой интенсивностью движения путем использования Сларри покрытий

(1.), Jeffrey .R . Reed (1), Irina. V. Motina (2).
1.Valley Slurry Seal Company
3050 Beacon Blvd West Sacramento 95691
California U.S.A.
2. Motina Consulting
24 International Street
Ryazan Russian Republic

Назад на страницу Битумные Технологии

Резюме:

Успешное использование Сларри покрытий на дорогах с высокой интенсивностью движения, и даже на дорогах с экстремальными климатическими условиями и с использованием шипованной резины, было продемонстрировано во многих проектах. Такое покрытие дает прекрасный слой износа с высокими сцепными характеристиками.

Данная работа исследует требования для сларри смесей в условиях их применения на дорогах с высокой интенсивностью движения, предъявляемые в отношении материалов (каменных материалов, полимеров и эмульсий), проектирования и применения. Обсуждаются требования, предъявляемые для специальных эмульсий, и концепция контроля коалесценции вяжущего в целях оптимизации времени формирования (затвердевания) покрытия. Представлены лабораторные результаты, показывающие влияния окружающих факторов температуры, влажности и наличия солнечного света (ночная, дневная работа) на характер смеси, особенно на набор когезионных свойств и сопротивление износу.

Представлены некоторые социологические исследования по дорогам с высокой интенсивностью движения, включая главные автомагистрали городов, магистральные автомобильные дороги общегосударственного значения, автострады. Рассмотрены дороги, находящиеся как в зонах очень низких зимних температур, так и в зонах очень высоких летних температур. Затронуты аспекты применения сларри покрытий и производства сларри работ, где показаны основные возникающие проблемы и пути их решения.

1. Введение

Сларри является холодной смесью из заполнителя и битумной эмульсии. Сларри покрытия имеют в основном две формы - это Сларри Сил - тонкослойное покрытие, укладываемое толщиной в один камень, и Микросюрфейсинг - покрытие, укладываемое толщиной в 2-3 камня, которое можно уложить в несколько слоев. Требования, предъявляемые для каждой из этих систем, представлены в Руководствах по применению Сларри Сил и Микросюрфейсинга (1) Международной Ассоциации по Сларри покрытиям ( International Slurry Surfacing Association ( ISSA )). Сларри покрытия являются универсальными, экологичными системами (2), и могут быть использованы для многих типов дорожных покрытий, нуждающихся в восстановлении и защите. Это включает предотвращение выноса каменного материала из изношенных покрытий, выравнивание неровностей поверхности дорожного полотна, устранение коллейности и обеспечение шероховатого покрытия с высокими сцепными характеристиками (3). Во многих случаях Сларри покрытие может использоваться на дорогах с высокой интенсивностью движения, увеличивая при этом срок эксплуатации дороги на 3-10 лет. Существуют случаи, где срок увеличения периода эксплуатации был ещё дольше для магистральных дорог общегосударственного значения.

В данной работе обсуждаются требования, необходимые для достижения увеличения срока службы дорожных покрытий в условиях высокой интенсивности движения. На данный момент следующие Штаты в США использовали Сларри покрытия на магистральных дорогах межгосударственного значения (см.ниже). Например, в 1996 году в Georgia DOT было уложено около 400 000 м 2 на магистральных дорогах общегосударственного значения и автострадах возле Атланты до проведения летних Олимпийских игр. Трассы магистральных дорог общегосударственного значения, где успешно использовалось сларри покрытие: I -80, I -5, I -99, I -77, I -81, I -44.

Множество стран также используют Сларри покрытия на дорогах с высокой интенсивностью движения, включая Канаду, Германию, Италию, Францию, Великобританию, Австралию, Россию, Китай и другие.

2. Проектирование смеси и требования к материалам

Проектирование смеси основывается на нескольких методах, большинство которых являются разновидностью ISSA методов. Сперва, Сларри Сил использовался для укладки на дорогах с высокой интенсивность движения, но в прошлом десятилетии предпочтение отдавалось Микросюрфейсингу. Исследования методов проектирования смеси были проведены в Департаменте Транспорта Штата Техас в 1998 году и на текущий момент эти разработки являются большой государственной исследовательской программой в США.

Основными критериями для проектирования Сларри покрытий при условии их укладки на дорогах с высокой интенсивностью движения являются:

• Сопротивление выносу каменного материала на раннем сроке существования покрытия
• Сопротивление износу с течением времени и старению, сохранение текстуры покрытия
• Сопротивление деформациям, возникающим вследствие воздействия автомобильного движения (особенно к образованию коллей)
• Способность быстро открыть движение транспорта после укладки

2.1 Требования материалов

Каменный материал должен быть прочным, сопротивляющимся полированию и морозостойким. Основные требования Международной Ассоциации по Сларри покрытиям ( ISSA ) должны быть соблюдены при проектировании смесей, предназначенных для дорог с высокой интенсивностью движения. Предполагаются следующие модификации. Каменный материал должен быть прочным и отвечать всем требованиям, предъявляемым для горячих асфальтобетонных смесей для укладки на дорогах с высокой интенсивностью движения), он должен быть как можно более кубической формы, с лещадностью менее 10%, особенно в крупной фракции. Физические свойства показаны в таблице 1.

Гранулометрический состав очень важен и должен быть III типа по ISSA

Эмульсия должна быть совместима с используемым каменным материалом. Обычно выбирается катионная эмульсия «быстрого открытия движения» ( quick traffic emulsion ), модифицированная полимерами. Модификация полимерами в эмульсии происходит путем использования около 3% SBR или натурального латекса. Латекс должен быть предварительно введен до коллоидной мельницы для оптимизации размера частиц эмульсии. Размер частиц является важным фактором для Сларри смесей (4). Эмульсия должна быть стабильной и перемешиваться с каменным материалом. Обычно размер частиц в эмульсии должен быть не более 3-5 микрон. Требования к свойствам остаточного вяжущего, полученного путем принудительного обдува ( forced fan recovery ) показаны в таблице 3.

Использование реометра динамического сдвига ( Dynamic shear Rheometer ), и тесты на напряжение и изгиб ( direct tension and bending beam tests ), характеризующие свойства вяжущих при низких и высоких температурах по классификации PG (performance Grade) , могут служить как рекомендуемые.

2.2 Требования к смеси

Требования к смеси основываются на двух важных факторах – адгезии и когезии, и как они изменяются при различных условиях климата и применения. Основные требования показаны в таблице 4. Определены предположительные величины для дорог с высокой интенсивностью движения. Основным требованием является то, что испытания в лаборатории должны быть проведены в условиях, приближенных к реальным условиям на дороге по значению температуры и влажности. Также должны рассматриваться такие аспекты, как процесс формирования битумной пленки и нарастание когезии. Кроме того, должно быть учтено наличие уплотенения при приготовлении лабораторного образца.

2.3 Результаты испытаний

Влияние различных условий на коалисценцию и формирование пленки вяжущего в смесях с повышенными требованиями при применении, показаны на рис. 1 и 2. Здесь представлен эффект нарастания когезии при наличии различных условий, а также эффект сопротивления износу.

Данный график ясно показывает, что высокая влажность и низкая температура воздействуют на нарастание когезии и, таким образом, влияют на раннюю стадию формирования покрытия. С помощь данного теста может быть определено поведение покрытия на ранней его стадии жизни и на протяжении срока его эксплуатации. Условия, при которых находились образцы, показаны ниже.

A = формировался при 25 0 C в течение 16 часов, 1 час замачивания в воде.
B = формировался при 25 0 C в течение 16 часов, 6 дней замачивания в воде.
C = формировался при 60 0 C в течение 16 часов, 1 час замачивания в воде.
D = формировался при 60 0 C в течение 16 часов, 6 дней замачивания в воде.
E = формировался при 40 0 C в течение 16 часов при высокой влажности (75-90%), 1 час замачивания в воде.
F = формировался при 10 0 C в течение 16 часов при высокой влажности, 1 час замачивания в воде.
G = формировался при 10 0 C в течение 16 часов при влажности в лаборатории (50%), 1 час замачивания в воде.

Рис.2 Результаты испытания на мокрое истирание

3. Социологические исследования

3.1 Среднее значение срока службы сларри покрытий:

Данная информация по сроку службы сларри покрытий на дорогах с высокой интенсивностью движения, была взята из статистики Департамента Транспорта и других источников. Как показали исследования, срок службы может быть намного выше.

На срок службы покрытия большее влияние оказывает климат, чем движение автотранспорта.

3.2 Автомагистрали и дороги общегосударственного значения в Калифорнии

На многих магистральных дорогах с высокой интенсивностью движения использовалось Сларри покрытие, и представленный здесь список показывает их реальный срок службы на момент написания данной работы.

3.3 Дорога общегосударственного значения I-44

Следующие два типичных проекта по микросюрфейсингу в Штате Оклахома были выполнены Vance Brothers ,. Tim Harrowwood обеспечивал снабжение информацией.

Номер данного проекта IMC -172 N (232), длина участка около 6 км. Интенсивность движения 84000 авт/сут, из них 10% грузовые автомобили. Дорога четырех полосная с двумя направлениями движения и имеет множественные пересечения с трассами, ведущими в Тулса ( Tulsa ). Условия, в которых находилась дорога, неблагоприятные. Цель – обеспечить надлежащее покрытие на срок 3-5 лет. Время работы – ночное с 18.00 до 6 утра.

Климат – от очень жаркого до очень холодного с обильным выпадением снега зимой.

Используемый материал :

• Каменный материал: изверженной горной породы из южно-восточного Канзаса, испытание на износ в Лос Анджелеской машине - 22, Песчаный эквивалент - 70.
• Эмульсия: Микросюрфейсинговая катионная полимермодифицированная 60% типа CSS-1hp
• Цемент: Портланд тип I
• Контролирующие добавки: поверхностно-активного типа
• Местная вода

Рабочая смесь:

• Эмульсия - 12%
• Цемент - 1.75%
• Вода и добавки по необходимости

Оборудование:

• Смеситель-укладчик Сларри непрерывного действия
• Подсобные грузовые машины

Время открытия движения: максимум 1 час
Стандартный рабочий день заканчивался в 16.00.

Проведенная работа :

Укладка микросюрфейсинга выполнялась в два слоя. Первый слой – выравнивающий, второй – слой износа.

Общая площадь составляет около 120 000 м 2 для каждого уложенного слоя.

До проведения работ по укладке Микросюрфейсинга, на всем протяжении дорожного участка было проведено фрезирование. Все дефекты дорожного покрытия, вызванные использованием снегоочистителей, были устранены. Произведен ямочный ремонт с использованием высококачественной холодной асфальтобетонной смеси.

3.4 Автомагистраль в США 64/412

Проект номер # CMC -172 N (238)

Был выполнен в одно и тоже время, что и проект на автодороге I -44. Длина участка 5 км, дорога с четырьмя и шестью полосами движения, интенсивностью 26 000 авт/сут. Время открытия движения и детали сходны с работой, поведенной на автодороге I -44. Использованные материалы те же. Ожидаемый срок службы - 5-7 лет.

4. Выводы

Использование Сларри покрытий, как способ восстановления и защиты дорожного полотна (содержания авт. дороги), успешно применяется на дорогах с высокой интенсивностью движения, и данная технология может применяться практически для всех климатических условий и при различных условиях и характерах движения автотранспорта. Необходимо правильно выполненное проектирование смеси и соблюдение технологий на месте производства работ при её применении.

5. Используемая литература

1. International Slurry Surfacing Association (2001) A 413 Recommended Performance Guidelines for Microsurfacing, (2000) Recommended Performance guidelines for Emulsified Asphalt Slurry Seal.
2. Takamura,K Witlinger,R (2002) “Microsurfacing for preventive Maintenance: eco-efficient strategy“ ISSA workshop Las Vegas
3. Holleran, G (2001) “Slurry Surfacing“ Pavement maintence seminar Session 4 San Diego
4. Holleran, G, Hicks R,G, Reed J.R.R(2002)“ Effect OfEmulsion Particle Size and distribution on Slurry and Microsurfacing Applications“ ISSA International Conference Berlin

Назад на страницу Битумные Технологии