Устройство слоев износа, защитных и шероховатых слоёв

В процессе ремонта в зависимости от типа и состояния покры­тия устраивают защитные слои, слои износа или шероховатые слои, а также слои усиления. Каждый из этих слоёв имеет своё ос­новное назначение. Однако во многом их функции совмещаются.

Защитные (гидроизоляционные) слои толщиной от 0, 5—1, 0 мм до 10—15 мм устраивают, когда дорожная одежда и покрытие имеют высокую прочность и ровность, но обладают пористостью и водо­проницаемостью. Основное назначение защитного слоя состоит в защите покры­тия от проникания в него поверхностной влаги, т.е. в гидроизоляции покрытия.

Слои износа или коврики износа толщиной от 10 до 35 мм уст­раивают, когда дорожная одежда и покрытие имеют достаточную прочность, но верхний слой покрытия (слой износа) износился и процесс износа нарастает, появились мелкие трещины, выкрашивания или мелкие колеи по полосам наката. Основное назначение слоя износа состоит в восстановлении старого слоя износа и обеспечении износостойкости покрытия на новый срок службы.

Шероховатые слои различной толщины устраивают для созда­ния шероховатой поверхности на тех покрытиях, где параметры ше­роховатости не обеспечивают требуемые сцепные качества. Основное назначение шероховатых слоёв состоит в повыше­нии сцепных качеств покрытий.

Каждый из перечисленных слоёв должен обладать не только свойствами основного назначения, но в той или иной мере свойствами других слоёв. Поэтому обычно функции защитных слоёв, слоёв износа и шероховатых слоёв совмещаются путём соответствующего подбора гранулометрического состава, требований к прочности, износостойкости, морозостойкости и другим свойствам каменных материалов, требований к виду вяжуще­го, его свойствам, нормам расхода, введением различных добавок, а также выбора технологии работ.

Чаще всего устраивают шероховатые коврики износа, которые одновременно выполняют и функции защитных слоёв. При этом к толстым относят слои толщиной более 30—35 мм, к тонким — слои толщиной 20—30 мм, очень тонким — слои толщиной 15—20 мм и супертонким — слои толщиной менее 15 мм.

Существует много различных способов устройства указанных слоёв, применяемых материалов и машин для их устройства.

Обязательным этапом почти во всех случаях является предварительный ямочный ремонт, заливка трещин, устранение крупных неровностей и др.

Устройство слоев износа, защитных и шероховатых слоёв, независимо от технологии строительства, требует:

тщательной промывки щебня с целью удаления пылеватых частиц;

проверки в лаборатории качества вяжущего, воды (при приготовлении битумной эмульсии), щебня (марки по прочности и износу, количества пылеватых и лещадных частиц);

проверки в лаборатории адгезии вяжущего к поверхности щебня и, в случае необхо­димости, подбора ПАВ или замены вяжущего (битума) на вяжущее, приготовленное из другого сорта нефти;

тщательной дозировки материалов на всех этапах строительства (от приготовления до укладки);

постоянного контроля температуры на всех этапах строительства, начиная с приго­товления исходных материалов;

тщательного контроля процесса уплотнения (типа катков, числа проходов по каж­дому следу, скорости движения).

Устройство шероховатого слоя из асфальтобетонных смесей. Для устройства шероховатых слоев применяют горячие асфальтобетонные смеси, отвечающие требованиям нормативных документов. Шероховатый слой устраивают на сухом, чистом и непромерзшем покрытии (или основании). За 3—5 ч до начала уклад­ки смеси поверхность покрытия (или основания) обрабатывается битумной эмульсией, вязким разжиженным битумом или жидким битумом (СГ 70/130). Норма расхода мате­риалов: разжиженного или жидкого битума по основанию 0, 5—0, 8 и по покрытию 0, 2—0, 3 л/м²; 60%-ной битумной эмульсии по основанию 0, 6—0, 9 и по покрытию 0, 3—0, 4 л/м². Об­работка вяжущими материалами не делается, если шероховатый слой устраивают на свежеуложенном покрытии. Температура укладываемой асфальтобетонной смеси должна быть не ниже 120^ОС, если не используются ПАВ, и не ниже 100^ОС при использо­вании ПАВ. Укладку и уплотнение смеси ведут в соответствии с требованиями норма­тивных документов. Предпочтительнее использовать катки на пневмошинах (10—12 проходов по каждому следу). Окончательное доуплотнение ведут тяжёлым вальцовым катком.

Устройство шероховатых покрытий по способу втапливания щебня. Способ предусматривает распределение прочного щебня определённых размеров по поверхности свежеуложенного горячего асфальтобетона типов В и Д, состав которых должен соответствовать требованиям ГОСТ 9128-84. Толщина укладываемого слоя асфальтобетона должна быть не менее 3 см. Для втапливания используют щебень пре­имущественно изверженных горных пород с прочностью не ниже 1200—1000 кг/см² и по износу не ниже марок И-1 или И-II в зависимости от категории дороги. В по­крытие втапливают щебень, обработанный битумом в асфальтосмесительной установ­ке. Температура нагрева щебня и вяжущего при смешении зависит от марки последнего, температуры и влажности воздуха (табл. 17.1). При большей влажности и холодной погоде необходимо придерживаться верхних пределов температуры вяжущих. Массо­вая доля вяжущего для обработки щебня должна быть в пределах от 1—1, 3 % от массы щебня. Большее количество назначают при использовании более вязких битумов и об­работке щебня мелких размеров (5—10, 10—15 мм). Щебень и вяжущее тщательно дозиру­ют. Щебень, обработанный вяжущим, при применении его горячим сразу после приго­товления доставляют к месту строительства и укладывают на покрытие. Холодный щебень можно хранить до 4—8 месяцев на складе. Применение горячего щебня повы­шает качество шероховатого покрытия, но требует более высокой культуры труда.

Таблица 17.1

При строительстве выполняются следующие технологические операции: укладка асфальтобетонной смеси и её уплотнение рабочими органами асфальтоукладчика и лёг­кими катками; распределение щебня, обработанного вяжущим, слоем в одну щебёнку (горячий щебень распределяется сразу после окончания работы легких катков); прикатка щебня лёгкими катками на пневмоходу (два-три прохода); окончательное уплотнение покрытия и втапливание в него щебня. Норма расхода щебня для втапли­вания зависит от его размера: 5—10 мм — 6—8 кг/м², 10—15 мм — 7—10 кг/м², 15—20, 20—25 мм — 9—12 кг/м². При распределении горячего щебня температура покрытия должна быть не менее 90—110^ОС. Более точно температура смеси в покрытии перед распределением щебня определяется опытным путём (она зависит от температуры воздуха, температуры и размера втапливаемого щебня).

Устройство слоёв из открытых битумоминеральных смесей. Открытые битумоминеральные (БМО) смеси имеют повышенное содержание щебня (55—85 %), обеспечивающее каркасную структуру слоя и поверхность с высокими параметрами шероховатости. В качестве одного из примеров в табл. 17.2 представлен состав БМО, подобранный для условий Красноярского края. Остаточная пористость смеси варьируется в пределах 3—7 %. В качестве заполнителя, как правило, используются дроблёные пески и отсевы продуктов дробления горных пород (не ниже марки 800), содержащие до 6 % каменной пыли, которая выполняет роль минерального порошка.

Таблица 17.2

Состав битумоминеральной смеси (данные С.Ф. Зябликова, З.П. Вешниковой)

Слой устраивают в сухую теплую погоду при температуре воздуха не ниже +5^ОС на тщательно очищенном от пыли и грязи сухом покрытии. На эксплуатируемых покры­тиях должен быть выполнен текущий ремонт. На цементобетонное покрытие за 1—2 дня до укладки смеси устраивают подгрунтовку жидким битумом (класса СГ) по норме 0, 2—0, 3 л/м². Непосредственно перед укладкой смеси на покрытие разливают горячий вяз­кий битум марок БНД 90/130, 130/200 из расчета 0, 5—0, 6 л/м². На асфальтобетонном покрытии подгрунтовку устраивают жидким битумом марки СГ 70/130 по норме 0, 2—0, 3 л/м² или вязким битумом марки БНД 90/130 по норме 0, 3—0, 4 л/м². Смесь укладывают асфальтоукладчиком с выключенными трамбующим брусом и виброплитой слоем, толщина которого зависит от размера щебня. Температуру распределения принимают по ГОСТ 9128-84. Уложенная смесь немедленно уплотняется самоходными катками на пневмошинах или с обрезиненными вальцами. Порядок уплотнения:

а) при температуре воздуха 15^ОС и выше и скорости ветра не более 5 м/с: 10—14 прохо­дов по одному следу лёгких катков при температуре смеси 120—140^ОС (меньшее число проходов относится к смеси пластичной, большее — к смесям сыпучей консистенции); 6—10 проходов тяжёлых катков при температуре смеси 90—120^ОС (меньшее число проходов относится к пластичным смесям, большее — к смесям сыпучей консистенции). После прохода легких катков параметры макрошероховатости составляют 0, 8—0, 9 от требуе­мых. После уплотнения тяжелыми катками макрошероховатость поверхности, плот­ность, водостойкость слоя достигают требуемых значений. Минимальная температура уплотнения слоев из горячих смесей — 50^ОС;

б) при температуре воздуха 5—15^ОС и скорости ветра не более 10 м/с: 5—8 проходов лёгких катков при температуре смеси 130—150^ОС; 14—18 проходов тяжёлых катков при температуре смеси 100—130^ОС.

Поверхностная обработка покрытий. На асфальтобетонных и других чёрных покрытиях устраивают, как правило, оди­ночную поверхностную обработку, на цементобетонных — двойную. При выборе спо­соба поверхностной обработки учитывают ее назначение, условия движения по дороге, климатические условия района строительства, характеристики имеющихся материалов, технологические возможности средств механизации. Для поверхностной обработки ис­пользуют фракционированный щебень по ГОСТ 8267-93 из трудношлифуемых изверженных и метаморфических пород марки не ниже 1200 фракций 5—10, 10—15, 15—20, 20—25 мм с преимущественно кубовидной формой зёрен. Содержание пластинчатых зёрен должно составлять не более 15 %. Содержание пылеватых, глинистых и илистых частиц не должно превышать 1 % по массе. В качестве вяжущего используют битум и битумные эмульсии.

Поверхностная обработка с применением вязкого битума. Для поверхностной обработки применяют вязкие дорожные битумы (ГОСТ 22245-90), щебень должен быть получен из пород высокой прочности и износостойкости. До­пускается применять разнопрочный щебень с содержанием менее прочного компонента не более 50 %. Битум для поверхностной обработки применяют при температуре нагре­ва, обеспечивающей его нормальное прилипание к минеральному материалу. Для улучшения прилипания возможно использовать поверхностно-активные добавки или активаторы. Щебень должен быть обработан битумом по норме 1—1, 5 % от массы щебня (битум марок БНД 60/90, 90/130, 130/200, МГ 70/130, 130/200 и др.). Возможно примене­ние необработанного вяжущим щебня, но на дорогах с интенсивностью движения менее 1000 авт./сут. Не обрабатывают битумом щебень, используемый для второй россыпи при устройстве поверхностной обработки с двукратным распределением щебня.

Поверхностную обработку устраивают в летний период на сухом и достаточно про­гретом покрытии при температуре воздуха не ниже 15^ОС. Процесс строительства вклю­чает следующая операции: устранение всех имеющихся повреждений и дефектов на покрытии; тщательная очистка покрытия от пыли, грязи, остатков материала после ремонта; розлив вяжущего; распределение щебня; уплотнение. Нормы расхода битума и щебня при­ведены в табл. 17.3. При одиночной поверхностной обработке с двукратным распре­делением щебня вяжущее наносят в большем количестве (см. табл. 17.3). По нему сначала распределяют щебень с размером зёрен 15—25 мм с прикаткой его катками, а затем фракции 5—10 мм, который укатывают 4—5 проходами катка по каждому следу со ско­ростью 2—3 км/ч. Битум должен полностью покрывать поверхность покрытия, без про­пусков. Щебень можно распределять самоходными, навесными и веерными распреде­лителями. Его немедленно укатывают средними (два-три прохода по одному следу), а затем тяжёлыми катками (не менее двух проходов по одному следу). Следует применять катки на пневматических шинах или с обрезиненными вальцами.

Таблица 17.3

Нормы розлива вяжущего и распределения щебня

Примечание. При применении необработанного щебня нормы розлива битума повы­шают на 20 %. Фракцию щебня для одиночной поверхностной обработки выбирают по расчёту и в зависимости от твёрдости покрытия.

Двойная поверхностная обработка предусматривает розлив битума в два приема с распределением после каждого розлива щебня и его укатки. Движение транспорта от­крывается после укатки щебня. Первые 10 дней ограничивается скорость движения до 40 км/ч с регулированием движения по ширине проезжей части. В первые три дня еже­дневно проводится удаление неприжившегося щебня (капроновыми щётками).

Поверхностная обработка с использованием битумной эмульсии. Используются преимущественно катионные битумные эмульсии класса ЭБК-1, ЭБК-2. Менее эффективно применение анионных эмульсий. Эмульсии должны выдерживать испытания на сцепление плёнки вяжущего со щебнем по ГОСТ Р 52128-2003. При катионных эмульсиях щебень не обрабатывается вяжущим, при анионных лучше использовать чёрный щебень. При использовании катионных битумных эмульсий работы производят при температуре воздуха не ниже +5^ОС, при использовании анионной эмульсии — не ниже +15^ОС. Расход эмульсии и щебня должен соответствовать нормам, приведённым в табл. 17.4.

Таблица 17.4

Для прочного сцепления битумной эмульсии с обрабатываемым покрытием следует обеспечить его чистоту. Очистку покрытия следует выполнять непосредственно перед началом поверхностной обработки. При сухой жаркой погоде покрытие увлажняют (0, 5 л/м²) непосредственно перед основным розливом эмульсии. Температура и кон­центрация эмульсии устанавливаются в зависимости от погодных условий: при темпе­ратуре воздуха ниже 20^ОС применяют эмульсию с концентрацией битума 55—60 % и тем­пературой 40—50^ОС; при температуре воздуха выше 20^ОС подогревать эмульсию не надо и концентрацию битума можно уменьшить до 50 %. Вязкость эмульсии должна быть в пределах 15—30 с.

Распределение эмульсии и щебня может производиться раздельно и синхронно. При раздельном распределении первоначально эмульсию разливают в ко­личестве 30 % нормы и рассыпают 70 % нормы щебня. Сразу после этого разливают остальное количество эмульсии (70 %) и распределяют оставшийся щебень. Щебнераспределитель должен двигаться как можно ближе к автогудронатору и рассыпать ще­бень перед собой. Уплотнение (самоходные катки на пневмоходу или с обрезиненными вальцами совершают 4—5 проходов со скоростью до 5 км/ч) начинается с момента нача­ла распада эмульсии и заканчивается в момент его окончания. При синхронном распре­делении эмульсия и щебень попадают на покрытие с интервалом времени не более 1 с. При таких условиях эмульсия успевает до начала распада заполнить поры покрытия и щебня и тем самым создать благоприятные условия для последующего уплотнения поверхностной обработки. Синхронное распределение осуществляется с помощью битумо-щебнераспределителей.

Поверхностная обработка с использованием литых эмульсионно-минеральных смесей. Эмульсионно-минеральные смеси литой консистенции (ЛЭМС) состоят из мине­ральных материалов (щебня, песка, минерального порошка), водного раствора поверх­ностно-активных веществ (ПАВ) и катионной битумной эмульсии. Минеральная часть ЛЭМС подбирается по принципу плотных и включает для щебёночных смесей щебень фракции 5—10 или 5—15 мм, дроблёный или смесь дроблёного и природного песков фракции 0—5 мм и минеральный порошок. Массовая доля битума с эмульгатором в катионных эмульсиях класса ЭБК-2 и ЭБК-3 должна составлять 50—55 %. Расход битумной эмульсии в пересчёте на битум составляет 7—9 %. Количество ПАВ в водном растворе зависит от его вида (четвертичные соли аммония — 0, 1—0, 6 %, адгезионная битумная при­садка БП-3 — 0, 5—1, 0 % к массе воды). Расход воды предварительного смачивания составляет ориентировочно 5—12 % массы минеральных материалов. Его уточняют в лабо­ратории и корректируют на месте приготовления ЛЭМС с учётом влажности мине­ральных материалов и их температуры. Время распада эмульсии в ЛЭМС должно со­ставлять от 40 до 120 с. Распад эмульсии должен произойти немедленно после распределения смеси на поверхности покрытия. Приготовление и распределение ЛЭМС осуществляется специальной однопроходной машиной. Толщина укладываемого слоя: для песчаной ЛЭМС — 5—10 мм, для щебёночной — 10—15 мм. По предварительно очищенно­му и обработанному водой покрытию распределяют ЛЭМС при непрерывном движе­нии машины. Уплотнение ЛЭМС не требуется. Движение транспорта можно открывать через 2—3 ч после окончания работ с ограничением скорости до 40 км/ч в течение 1—2 суток.

Поверхностная обработка с использованием битумных шламов. Битумные шламы являются разновидностью эмульсионно-минеральных смесей литой консистенции и состоят из минеральных материалов (щебня, песка, минерально­го порошка), битумной пасты и воды. Так как битумные пасты распадаются и твердеют по мере испарения из них воды, то применение битумных шламов возможно только в сухую погоду. В зависимости от зернового состава битумные шламы подразделяются на песчаные (п) и щебёночные (щ); крупно- (А — щебня размером до 25 мм более 40 %), средне- (Б — щебня размером до 25 мм от 20 до 40 %) и мелкозернистые (В — щебня разме­ром до 15 мм менее 20 %); I и II марки. Тот или иной вид шлама рекомендуется использовать на дорогах разных категорий в зависимости от условий движения транспорта.

Время высыхания смесей должно быть не более 2 ч. Перед укладкой битумного шлама покрытие очищают от пыли и грязи, при значительном количестве трещин их прочищают. В зависимости от состояния покрытия его предварительную обработку проводят по-разному: плотные покрытия увлажняют (1—2 л/м²); пористые покрытия и все виды покрытий при производстве работ в осеннее время подгрунтовывают битум­ной пастой или эмульсией (не менее 60 % воды из расчёта 0, 2 л битума на 1 м²); покры­тия с недостатком органического вяжущего и на основе минеральных вяжущих обраба­тывают путём распределения слоя пасты исходя из нормы расхода битума 0, 4—0, 8 л/м². Ориентировочный расход песчаных шламов составляет 5—15 кг/м², щебёночных — 10—30 кг/м². Меньшие значения относятся к смесям с меньшими размерами зёрен минерально­го материала. Уложенную полосу ограждают от наезда транспортных средств. При достижении влажности смеси 6—8 % по слою допускается движение транспортных средств или его уплотняют самоходными катками на пневмошинах массой 8—10 т (3 прохода по одному следу). Скорость движения транспорта ограничивают: в течение первых суток до 30 км/ч, затем — до 40 км/ч до тех пор, пока слой не сформируется на­столько, чтобы зёрна минерального материала не вырывались из слоя. Для полного уплотнения слоя требуется 20—30 суток.

Возможны иные способы устройства поверхностной обработки, например из песчано-резино-битумных смесей и смесей с применением комплексных вяжущих.

Устройство тонкослойных покрытий из литых эмульсионно-минеральных смесей по способу сларри-сил. Устройство тонкослойных холодных покрытий с применением литых эмульсионно-минеральных смесей (ЛЭМС) позволяет восстановить утраченные свойства покрытия в процессе его эксплуатации. В качестве вяжущего в ЛЭМС применяют катионные эмуль­сии прямого типа классов ЭБК-2 и ЭБК-3 с содержанием битума 60—65 %. Минеральная часть ЛЭМС для устройства тонкослойных холодных покрытий подбирается по типу плотных и может состоять из смесей фракций 0—3 мм, 0—5 мм, 0—8 мм, 0—11 мм. Следует использовать щебёночные отсевы из трудношлифуемых горных пород марки не ниже 1000. Крупные фракции должны быть преимущественно кубовидной формы. Содержа­ние фракции менее 0, 0071 мм должно быть от 5 до 15 %. Для регулирования времени распада эмульсии применяют цемент марки не ниже 400. Содержание свободной извес­ти в цементе не ограничивается, а его расход составляет до 2 % от массы каменных ма­териалов. Скорость распада эмульсии регулируют с помощью аддитивных добавок, вид которых подбирается в лаборатории (например, 10%-ный водный раствор сульфата аммония в количестве от 0, 24 до 0, 36 л/м²). Их расход зависит от температуры воздуха и может меняться в течение смены. Для обеспечения лучшего сцепления вяжущего с каменными материалами и снижения расхода аддитивных добавок применяют гашеную известь с расходом до 1, 5 % от массы каменных материалов. Техническая вода должна иметь жёсткость не менее 6 мг-экв/л. Производство работ по устройству тонкослой­ных покрытий из ЛЭМС разрешается при температуре воздуха не ниже 5^ОС. Процесс строительства включает операции: очистку и подготовку покрытия; устройство тонко­слойного покрытия из ЛЭМС (включая загрузку укладывающих машин); уход и регу­лирование движения по свежеуложенному слою. Подготовка покрытия заключается в проведении подгрунтовки эмульсией с расходом 0, 4—0, 6 л/м² в зависимости от степени изношенности покрытия. Расчётный расход эмульсии принят 0, 5 л/м². К устройству покрытия необходимо приступать непосредственно после полного распада эмульсии, нанесенной на покрытие при подгрунтовке. Минимальный срок ожидания после под­грунтовки — 30 минут. В процессе укладки ЛЭМС необходимо контролировать процесс распада эмульсии и консистенцию смеси путём изменения количества воды и раствора аддитивной добавки. Расход других компонентов не меняется. Необходимо следить и за точностью дозировки минеральных компонентов. Расход эмульсии устанавливается строго по расчёту. Количество воды зависит от погоды: в холодную погоду её меньше, в жаркую — больше. Расход воды при введении непосредственно в смесь составляет в среднем 12 % от массы каменных материалов. Непосредственно перед укладкой ЛЭМС производится увлажнение покрытия дороги. Увеличение температуры ЛЭМС ускоряет процесс распада эмульсии. Поэтому температура воздуха должна измеряться ежечасно (особенно в жаркие дни), чтобы уточнять величину аддитивной добавки. Слой покры­тия сразу после укладки должен иметь тёмно-коричневый цвет. Через 30—60 минут по­крытие становится черного цвета. Открытие движения по свежеуложенному покрытию из ЛЭМС разрешается не менее чем через 1 ч после укладки, когда автомобили не оставляют на нём следов. В холодную погоду этот срок увеличивается. В дождь движе­ние автомобилей не разрешается. После открытия движения скорость автомобилей ограничивается до 40 км/ч на период от 2 до 8 часов. В случае дождя движение по участку дороги с ограниченной скоростью продлевается как минимум на 2 часа после окончания дождя.