Новую технологию ремонта дорог

Новые технологии в ремонте асфальтового покрытия дорог

Одной из наиболее часто встречающихся причин низкого качества уложенного дорожного покрытия становится применение уже устаревших «дедовских» методов, разработка которых проводилась еще во время, когда наличие машины в городе рассматривалось как роскошь.

В настоящее время на городских дорогах наблюдается намного большее скопление автомобильного транспорта. В результате, асфальтовое покрытие, которое было уложено по старым технологиями, уже ставшим неактуальными, изнашивается достаточно быстро, и может прийти в негодность по причине неспособности переносить такой высокий уровень нагрузки.

Инновационная технология ремонта. Одной из новых технологий по ремонту асфальта, которая стремительно набирает популярность в нашей стране, становится проведение ремонтных работ при помощи нового вещества — регенератора для асфальтобетона. Применение данной технологии уже давно известно в европейских странах, где используется с 2007 года.

Для использования подобной технологии следует соблюдать некоторое количество требуемых параметров, а именно установленной температуры смеси асфальта и бетона, а также необходимых пропорций при смешивании.

Также почти во всех странах мира уже применяется технология, когда при ремонте асфальтового дорожного покрытия используется гранулят. Этот материал представляет собой срезанный в процессе подготовки к ремонтным работам верхний слой асфальта. Выбрасывать его в достаточно большом количестве было бы невыгодно с экономической точки зрения. В качестве примера наиболее оптимальным вариантом является Германия, где прилагается большое количество усилий для приведения асфальтового покрытия к надлежащему качеству без привлечения дополнительных ресурсов. Это становится причиной того, что здесь используется около 25% срезанного асфальта. Максимальное же его количество может составлять 60%. Обновленная технология позволяет довести это количество до 99%.

Применение новой технологии. Использование регенератора дает возможность «омоложения» битума, который имеется в уже отфрезерованном материале и дает возможность возвратить его исходные свойства. Это также позволяет осуществить возвращение первоначальных свойств для асфальта, и повторно применить его для обустройства дорожного покрытия. Для данного средства процентное соотношение составляет 0,1% от общей массы смеси, либо 1 литр регенерирующего средства на 1000 кг асфальтовой крошки. При этом, главным отличием от имеющихся аналогов зарубежного производства, его создают из полностью натуральных веществ органического происхождения, что исключает нанесение вреда людям и окружающей среде.

Результаты ее применения. Начало использования новой технологии дает возможность намного снизить общую стоимость проведения ремонтных работ по укладке асфальтового покрытия. И если до этого обработанные фрезой участки следовало обрабатывать битумом, и следом засыпать разогретой крошкой, то сейчас достаточно добавления регенератора. Это значит, что необходимости в применении битума теперь нет. Необходимая температура разогрева используемой смеси составляет 160 градусов.

Итог. За последнее время, в сфере ремонта дорог проводится разработка и тестирование большого количества разнообразных идей, целью воплощения которых в жизнь становится повышение качества дорожного ремонта и снижение его общей стоимости. Хотя еще во многих местах крошку от асфальта рассматривают в качестве отхода, но, на самом деле, ее можно отлично использовать в качестве одного из материалов для проведения устранения дефектов дорожного покрытия.

Источник

Современное строительство дорог: настоящее и будущее

В этой статье мы расскажем:

• Дорожное строительство в США
• Строительство автодорог в Европе
• Методы строительства дорог в России
• Борьба с трещинами на дорогах
• Современные материалы для строительства дорог
• Различные модификации битума
• Инновации в строительстве автодорог
• Дорожное строительство + цифровые технологии

Строительство современных дорог подразумевает использование самых передовых технологий. Вот только где их взять? У данной проблемы два решения: скопировать западные подходы к прокладке трасс или разработать собственные. На сегодняшний день начали активно использоваться оба варианта. И, надо сказать, как нельзя вовремя.

Автомобильный трафик в нашей стране за последние годы вырос в несколько раз. Соответственно, и состояние дорог стало стремительно ухудшаться в связи с увеличившимися на них нагрузками. Поэтому если и строить сегодня новые трассы, то так, чтобы следующим поколениям не было за них и на них мучительно больно.

Дорожное строительство в США

Если вам посчастливилось посетить США и прокатиться на полной скорости по автомагистралям, которые соединяют штаты друг с другом, то вряд ли вы забудете те невероятные эмоции, которые испытали во время поездки. Именно поэтому на сегодняшний день многие страны взяли на вооружение американскую технологию строительства автодорог. Давайте теперь разберемся, чем же они так хороши?

Не случайно правительство США потратило огромные деньги на исследования и последующие инженерные разработки. Инвестиции полностью оправдали себя – сегодня страна является абсолютным лидером по качеству построенной системы автомагистралей. Их дорожное покрытие отвечает самым высоким требованиям и обладает сильнейшими эксплуатационными характеристиками.

Что делает дорожное полотно таким прочным, долговечным и устойчивым к нагрузкам? Результат достигается за счет использования в строительстве магистралей монолитного цементобетона.

Следующий немаловажный фактор – при укладке дорожной подушки каждый слой утрамбовывается особо тщательно и дополнительно обрабатывается химическими реагентами. Сама же подушка состоит из глины, песка и гравия. За счет соблюдения перечисленных условий на протяжении всего срока службы коэффициент содержания воды в подушке остается на одном уровне – это и исключает ее проседание в течение всего периода эксплуатации. Далее сверху на подушку кладется в два слоя асфальт. После чего производится монтаж арматуры для бетонного полотна и заливка бетона.

Если провести сравнение между стоимостью прокладки дороги в США и России, то 1 километр американской автомагистрали обходится государству в 270 млн. рублей, а в России трасса той же протяженности имеет стоимость порядка 47-48 млн. рублей. Цифры более чем наглядно отображают очевидную разницу в качестве дорог.

Строительство автодорог в Европе

Далее в рейтинге обладателей лучших дорог в мире, даже несмотря на то, что в Европе используется классическая технология строительства трасс, после США следуют Португалия, Австрия, Франция и Нидерланды, занимая соответственно строчки со 2-й по 5. Ну и по мнению большинства автолюбителей, непревзойденность немецких автобанов вне всякой конкуренции.

Если сравнить автомагистрали, построенные европейским и американским методом, то можно увидеть, что ими используются очень похожие технологии. Главной особенностью дорог европейских стран является основательная подложка под асфальт. Ее толщина достигает 2 метров. Различные материалы укладываются слоями, после этого кладется слой бетона, а на него ‑ асфальт.

Европейцы отличаются своим серьезным подходом ко всему, что бы они ни делали. Не исключение и автомобильные трассы. Кроме того, им присуща особая бережливость к результатам своих трудов. За состоянием дорог и соблюдением допустимых нагрузок следит специальная надзорная служба.

Методы строительства дорог в России

Можно с уверенностью отметить тот факт, что отрасль дорожного строительства не стоит на месте. Происходит внедрение новых технологий, которые не только значительно облегчают труд рабочих, но и улучшают качество дорожного покрытия. Инновационные технические решения с завидным постоянством реализуются и в России, что позволяет увеличить как срок службы, так и повысить качество автомобильных магистралей. К тому же очевидны следующие преимущества:

• применение современных материалов и оборудования при строительстве дорог;
• совершенствование технического оснащения;
• повышение уровня произведенных строительных работ;
• своевременное выполнение мелких ремонтных работ;
• соблюдение эксплуатационного регламента автодорог.

Если раньше к зарубежным технологиям прокладки трасс относились, мягко говоря, с недоверием, то сейчас постепенно все чаще современные западные технологии строительства дорог вытесняют привычные классические. Безусловно, это ведет к неоспоримым плюсам ‑ увеличению темпов постройки автомагистралей и улучшению эксплуатационных характеристик дорожного полотна.

Даже если рассматривать на примере одной из заимствованных у европейцев технологии, которую стал применять Росавтодор, стоит отметить ее очевидную эффективность. Речь идет о холодном ресайклинге ‑ процессе холодной регенерации и стабилизации асфальтобетонных покрытий. Таким образом восстанавливают дорожное покрытие за счет смешивания старого материала со смесью вяжущих компонентов ‑ получается новая прочная монолитная поверхность.

С помощью системы SUPERPAVE дорожные службы США с 1992 года решают проблему выбора, подходящего для строительства автомагистралей материала. Происходит комплексное проектирование асфальтобетонных смесей, отвечающих конкретным условиям эксплуатации. Во внимание берутся как климатические условия, геологические особенности, так и трафик автомобилей, и их грузоподъемность. Данная система потихоньку начала внедряться и в России.

Борьба с трещинами на дорогах

Одной из самых больших проблем являются трещины дорожного полотна. При эксплуатации в микроскопические углубления и полости попадает вода. Соответственно при постоянном изменении температурного режима она то застывает, то вновь тает, увеличиваясь при этом в объеме. Влага испаряется, а трещины остаются, и более того, со временем они становятся больше по размеру. Именно по этой причине поверхность дороги порой нуждается не только в ремонте, но и подлежит полной замене.

Ученые всего мира, работающие на благо автодорожной отрасли, озадачены этим вопросом и на протяжении многих лет пытаются найти возможные решения. Вот некоторые из них:

• Волокна, проводящие электричество

Авторами этой идеи являются ученые из Голландии. Суть ее заключается в следующем: предлагается добавлять в состав асфальтобетона проводящие электричество волокна в конфигурации замкнутых контуров. Во время ремонта через так называемые волокна-наполнители пойдет электрический ток, в результате чего в самом покрытии будет генерироваться тепло, при этом вяжущее вещество, которое входит в состав покрытия, начнет плавиться и заполнять образовавшиеся трещины.

• Наночастицы оксида железа

Исследователи из швейцарской компании Empa совместно с коллегами из ETH Zurich предложили прибегнуть к использованию наночастиц оксида железа. Происходит процедура следующим образом: наночастицы вводятся в трещину, на них воздействуют переменным магнитным полем. В результате чего материал дорожного полотна становится мягче, трещины восстанавливаются. Процесс реставрации одной трещины займет всего-навсего не более нескольких секунд.

• Специальный состав для заделывания трещин

Американские ученые из Миннесоты предложили свой уникальный метод избавления от трещин в дорожном полотне ‑ с помощью специального состава, включающего в себя местную железную руду, которая содержит магнетит (1—2%), битум, крошку переработанных тротуарных и дорожных покрытий и черепицу. Этой смесью заделываются трещины. Далее происходит ее нагрев с помощью микроволнового блока. Если верить авторам данного метода, то дорожное покрытие, восстановленное подобным образом, дольше обычного не будет нуждаться в ремонте, в отличие от того, если бы подобная процедуру была проведена с использованием состава из битума и асфальтобетона.

• Вместо асфальтобетона диатомит

Не остались в стороне и российские ученые. Представители Тюменского индустриального университета предложили диатомит ‑ природный материал в качестве альтернативы асфальтобетону. Он обладает водоотталкивающим свойством и устойчив к низким температурам. То есть о трещинах можно будет попросту забыть. Добыча диатомита не является дорогостоящей процедурой, так как его залежи достаточно велики. Он представляет собой кремниевую породу, которая обладает высокой степенью адсорбции и теплоизолирующими свойствами.

Сейчас проводится тестирование тех автодорог, строительство которых выполнено с использованием диатомита. От результатов будет зависеть его дальнейшее применение.

Современные материалы для строительства дорог

В течение последнего десятилетия в России активно используются в строительстве автомагистралей геосинтетические материалы, которые по праву считаются инновационными разработками. Они выполнены на основе полимеров: полиэтилена, полиамида, полипропилена и пр. Их применение не только в разы увеличивает срок эксплуатации дорожного покрытия, но и делает его более экологичным.

Кроме того, у геосинтетиков есть некоторые по-настоящему уникальные свойства: они устойчивы к воздействию химических веществ, агрессивным средам, перепадам температур, к тому же срок эксплуатации равен 100 годам. Также у них достаточно низкая материалоемкость. В зависимости от поставленной строительной задачи подбирается геоматериал определенного типа.

Для функции дренажа и фильтрации применяются двух- трех- и многослойные структуры композиций геоматериалов. Они называются геокомпозитами. Этот материал используется при изготовлении вертикальных прикромочных дренажей автомобильных дорог и подпорных стен. Толщина слоя и плотность ‑ основные технические параметры материала.

Геотекстиль – его производят из полиэфира или полипропилена. Выпускается рулонами или листами. Обладает высокой степенью гибкости, водонепроницаемости, прочности, что позволяет использовать его во многих строительных работах.

При сооружении дорог его используют для фильтрации влаги, отделения щебня от грунта, что в свою очередь уберегает дорожное полотно от деформации. Трещины на трассах, построенных с использованием геотекстиля, образуются в 3 раза реже. Одним из важных критериев при выборе данного материала является его плотность.

По способу плетения нитей и текстуре геотекстиль классифицируют на следующие виды:

Вязаный ‑ он состоит из волокон, соединенных специальной схемой. Его используют для отделения одной среды от другой, а также дренажа.

Тканый геотекстиль ‑ волокна переплетаются перпендикулярно друг другу, как в ткани. При этом используется от двух и более полос нитей. Обладает высокой степенью надежности. Снижает нагрузки на дорожное полотно.

Нетканый геотекстиль ‑ волокна переплетены бессистемно. За счет пропитки специальными составами хорошо растягивается, но обладает низкой прочностью. Снижает нагрузки на дорожное основание.

С помощью мембран ‑ сплошного синтетического влагостойкого волокна ‑ один слой дорожной одежды изолируется от другого. Несмотря на то, что толщина таких мембран всего 1-4 мм, они очень прочные. От остальных геосинтетиков мембраны отличает их устойчивость к растяжениям. Она достигает показателя свыше 600 %. Материал изготавливают в рулонах или листах различных габаритных размеров. За счет этого при укладке такого настила стыки получаются минимальные.

В современном строительстве дорог мембраны в основном применяют в тоннелях, на мостах, на участках автомагистралей с повышенной влажностью. Также они идеально себя проявляют на почвах с подземными реками и во влажных климатических зонах. Уложенный слой мембраны предотвратит пучение асфальта из-за сильных морозов и разрыв его слоев.

Геокамеры используют как форму для сыпучих и средне фракционных материалов. Как правило, их применяют в сфере инновационного строительства при возведении гидротехнических сооружений. Отличаются они по высоте и размерам ячеек. Материал обладает высокой влагопроницаемостью. С ним сооружение будет меньше подвержено деформации. Также геокамеры устойчивы к морозам, жаре и ультрафиолету.

• Геосетки, георешетки

Материал выполнен из полимерных или синтетических нитей. Выпускается отдельными модулями или рулонами. Основой его могут быть полипропилен, стекловолокно, полиамид, полиэтилен, полиэфир и др.

В сравнении с геосетками толщина и размер ячеек у георешеток гораздо больше. Как правило, их используют для укрепления оврагов, склонов дорог и для обустройства автомобильных, железных дорог на слабых грунтах. Из-за армирующих свойств материал кладут в основания дорожного полотна, для укрепления устоев мостов. Ячейки заполняют бетоном марки М200, грунтом, щебнем и песком.

Геосетки достаточно прочные, гибкие и легкие. Выпускаются рулонами. Они предназначены для предотвращения смешивания одного слоя с другим, армирования, укрепления и выравнивания. Их укладывают в грунт или асфальтобетонные покрытия.

Геомат имеет ячеистую структуру. Достаточно легкий. В сравнении с предыдущими геоматериалами, размер его ячеек гораздо меньше, к тому же они расположены хаотично. Его использование в строительстве автодорог обеспечивает фиксацию корневой системы деревьев и других растений. Корни свободно могут переплетаться друг с другом и с волокнами материала. Предотвращает и снижает степень эрозии почв. Укладывается внахлест на склонах и откосах.

Различные модификации битума

Вяжущие свойства нефтяного битума стараются всячески усилить путем добавления различных активных веществ. Он является главным вяжущим компонентом при производстве асфальтобетона.

• Битумная эмульсия

Это темно-коричневая жидкость, которая получается в процессе диспергирования битума в воде с добавлением эмульгатора. На территории РФ битумные эмульсии применяют как пленкообразующий или вяжущий материал при ремонте и строительстве автомагистралей. В сравнении с битумом эмульсия имеет ряд существенных преимуществ: она более технологична, экономична и экологична. Кроме того, немаловажным фактором является то, что битумная эмульсия пожаро- и взрывобезопасна. Она может сохраняться в жидком состоянии. Если говорить об экономической выгоде эмульсии, то она дает экономию битума в 30-40 %, а электроэнергии ‑ в 1,5 раза. Битумная эмульсия подходит для применения на влажных минеральных материалах. Это значительно увеличивает период строительного сезона. Тем не менее эмульсия подходит исключительно для ремонтных работ и не применима при строительстве трасс с высокой транспортной нагрузкой.

• Модификация битума полимерами

Добавление полимеров помогает в разы улучшить качество битума. У него повышается эластичность, что способствует медленному износу асфальтобетонного покрытия. Кроме того, за счет повышения эластичности дорожное полотно способно выдерживать большие нагрузки. А также оно становится более устойчивым к образованию трещин.

У полимерного битума широкий диапазон рабочих температур. Температура хрупкости и размягчения отличаются друг от друга на 100 °С, тогда как у обычного битума всего 60 °С. Сейчас нефтехимической индустрией представлен широкий спектр полимерных соединений, поэтому любое из них можно использовать для модификации битума. Их делят на группы: термоэластичные материалы, эластомеры и термопласты.

• Модификация битума резиновой крошкой

Кроме вышеназванных соединений битум модифицируют при помощи добавления резиновой крошки. Происходит это следующим образом: к битуму подмешивают 7-12 % от его объема мелкую крошку размером 0,5-1,5 мм. За счет резиновых частиц наружный слой дорожного полотна приобретает повышенную стойкость к трещинам, его упругость увеличивается на 20-30 %, степень поглощения шума и коэффициент морозоустойчивости также растут. Таким образом срок службы материала становится в 2-3 раза больше.

Смесь резины и битума может обладать различными свойствами, которые определяются в зависимости от того, каким способом ее произвели:

• более высокая вязкость в сравнении с обычным битумом;
• низкая чувствительность к перепадам температур;
• высокая сцепляемость.

Наличие в покрытии гранулята и мелкой резиновой пыли делает его устойчивым к заморозкам. Резиносодержащий слой сохраняет свою эластичность. Образовавшийся на дороге лед немедленно разрушается. Это происходит при контакте шин транспортного средства с покрытием. То есть на таких трассах количество аварий значительно ниже.

Если же дорожное полотно состоит из гравия или более грубого резинового гранулята, опасность скольжения по воде минимизируется. Выпавшие осадки, благодаря пористости покрытия, быстро впитываются. Кроме того, смесь резиновой крошки и битума используется для ремонта трещин на дороге. При этом движение транспорта возобновляется сразу же после проведения ремонтных работ. Расход резиновой крошки следующий: на 1 км полотна требуется 15 — 20 тонн.

Инновации в строительстве автодорог

Ученые не оставляют идею поиска такого дорожного покрытия, которое служило бы сотни лет. И есть немало разработок, которые можно по праву считать инновационными!

• Дороги с отведением грунтовых вод

За счет применения проницаемых мостовых материалов значительно уменьшается количество ливневых стоков. Это также препятствует образованию льда на асфальте. В покрытии предусмотрены пустоты. Через них вода проходит до основания и далее выводится через траншею в линию сточных вод.

• Дороги с функцией «антизаморозка»

Данная технология изобретена японцами. Так как снегопады являются для них нормой, строители стали применять технологию «снежных» труб. Суть ее в следующем: в дорожное полотно встраиваются коммуникации, по которым пускают горячую воду. Соответственно температура воды позволяет моментально растапливать весь снег. Если же трасса имеет особое значение для страны, то ее дополнительно подогревают циркулирующей горячей водой. Альтернативным вариантом считается Solar Roadways ‑ дорожные панели с встроенными нагревательными элементами и светодиодами. То есть все покрытие можно сравнить с большим нагревателем. Действие постоянного тока 48 вольт попросту не позволяет скапливаться влаге и снегу на асфальте. Безусловно, цена такого покрытия превышает в 2,5 раза стоимость традиционного асфальтобетона.

• Дороги для электромобилей

Не стоит путать их со специальными трассами, предназначенными исключительно для электрокаров. Это шоссе, проезжая по которому электромобиль может подзаряжать свою аккумуляторную батарею. Происходит это за счет встроенного рельса, передающего автомобилю электричество при движении. Такая дорога уже есть в Швеции. Электрический ток по ней подается не на постоянной основе, а только когда проезжает автомобиль.

• Пластиковые дороги

Plastic Road разработана учеными из Голландии. По их мнению, такие дороги не только дешевле, но и экологичнее, а также имеют срок службы не менее 80 лет. До сих пор ведутся их испытания. Формула такого покрытия пока держится в строжайшей тайне. На производство плит для дорожного покрытия пойдут переработанные пластиковые отходы. Времени на укладку таких трасс потребуется в 2-3 раза меньше, чем на укладку асфальтовых. Коммуникации будут проходит в специально предусмотренных полостях. Пластик не накапливает тепло и способен выдерживать температуру порядка +80 градусов.

• Краска для дорог

Нидерландские ученые изобрели специальную краску, которая начинает светиться в темноте. Ее используют для разметки дорожного полотна.

В состав краски включен компонент, который при снижении температуры до 0 градусов приводит к тому, что на разметке появляются изображения снежинок. Таким образом водители предупреждаются о том, что дорога скользская и стоит быть предельно аккуратными. Такой состав уже прошел испытания ‑ одна из трасс возле границы с Бельгией имеет такую разметку.

Безусловно, изобретая инновационные технологии, которые лягут в основу современного строительства автомобильных дорог, ученые вносят значительный вклад как в усиление безопасности дорожного движения, так в увеличение срока службы дорожных покрытий. Будут ли востребованы такие технологии в России, пока нельзя сказать однозначно.

Дорожное строительство + цифровые технологии

Не исключено, что скоро на наших дорогах появятся самоуправляемые автомобили. Тогда придется подвергнуть всю существующую дорожную инфраструктуру серьезным преобразованиям. Нужна будет связь транспортных средств в режиме реального времени с дорожным полотном для передачи данных о геопозиции и др. На дорогах потребуется установка камер и устройств «компьютерного зрения». С помощью множества датчиков водителю и пассажирам будет передаваться информация о ситуации на дороге. А в последствии водителей заменят роботы. Безусловно, эти новейшие технологии позволят сократить до минимума аварийность на дорогах и откроют новые перспективы для непрерывной оптимизации транспортных потоков.

• Цифровой двойник

Проектировщики автодорог смогут при помощи технологии Building Information Modeling (ВIM) смоделировать трассу со всеми ее развязками, эстакадами и мостами, на всю ее реальную протяженность.

Технология BIM позволит не только просмотреть в формате 3D дорожное полотно со всеми его элементами, но и заблаговременно проанализировать его характеристики и важнейшие параметры. За счет этого можно будет корректировать себестоимость всего проекта. Ранее используемые методы по скорости проводимого анализа данных не идут ни в какое сравнение с этим инновационным методом.

В качестве примера транспортного объекта, построенного с применением BIM-технологии можно привести автодорожный мост Сутун через реку Янцзы в Китае. Его протяженность 57 км. Имитационное моделирование применялось и при возведении моста через Керченский пролив.

Основной задачей, стоящей перед системами управления «умной» техникой, станет формирование поверхностей каждого слоя, которые образуют дорожную одежду (сложная структура, состоящая из нескольких слоев: щебень, грунт земляного полотна, песок, асфальтобетон и др.). Как мы понимаем, без 3D-моделирования тут не обойтись. С его помощью возможно будет проецирование поверхности структурных слоев. Для каждого этапа работ потребуется определенный вид техники. Умные машины не только позволят обеспечить безопасность управляющих ею операторов, но и исключат человеческий фактор, который зачастую имеет место быть. Кстати, таким образом у операторов появится возможность одновременно осуществлять управление сразу несколькими машинами.

Как бы мы с вами ни ругали состояние российских дорог, нельзя отрицать тот факт, что на сегодняшний день проводится масштабная работа, результаты которой впечатляют. Появление новых магистралей положительно сказывается не только на экономике отдельных регионов, но и страны в целом.

Источник