Автор статьи – С.Г. Кушнир – был советником по вопросам градостроительства при мэрах В.Я.Швеце, В.Г.Добрынине, Я.С.Корчевском.
Днепродзержинск (Каменское), в котором я прожил 44 года, и в котором под моим руководством и с моим участием было запроектировано и построено большое количество промышленных и гражданских объектов, мне по-прежнему дорог. В октябре 2016 г. мне удалость побывать в родном мне городе. Плачевное состояние дорог Каменского подвигло меня написать эту статью.
30 лет без капремонта
Надежность покрытий автодорог определяется их длительной способностью воспринимать без повреждений нагрузки от проходящего автотранспорта, а также стойкостью к климатическим воздействиям и зависит от многих факторов и прежде всего от:
– качества покрытия, его прочности, плотности, упругости, сопротивляемости испытываемым нагрузкам и атмосферным воздействиям;
– качества водоотводов;
– качества исходных материалов,качества подбора и приготовления асфальтобетонной смеси и качества ее укладки и уплотнения в конкретных температурно-влажностных условиях;
– постоянного лабораторного контроля и качества приемки выполненных работ.
Срок их службы без капитальных ремонтов определяется величиной годового износа (истирания), зависящего от грузонапряженности дороги, условий службы покрытий, но в большей степени от качества покрытий и их износоустойчивости.
Грузонапряженные городские дороги в Германии, как правило, служат не менее 30 лет без капитальных ремонтов а современные автобаны рассчитываются на еще больший срок службы.
Конструкции дорожных одежд городских улиц, принятые в бывшем Союзе и используемые в Украине, должны служить без капитальных ремонтов 20-25 лет. В силу ряда обстоятельств продолжительность службы дорожных покрытий гораздо ниже. Еще в 80-е гг. она составляла 7-8 лет, а в настоящее время, например, в Каменском не превышает 2-3 лет. Думается, что не намного лучше обстоит дело в других провинциальных городах Украины.
Как известно, основным разрушителем дорожных покрытий, помимо морозов, являются вода.
О «ямочном ремонте»
Неудовлетворительное состояние покрытий, требующее капитального ремонта, обусловлено не их износом (истиранием), а механическими повреждениями (растрескиванием, образованием ям, выбоин, выкрашиванием асфальтoбетона), обусловленных низким качеством тех или иных или группы факторов, обеспечивающих надежность дорожных покрытий. По этому поводу в бывшем СССР «чиновники от автодорог» придумали даже «специальный», вид работ – «ямочный ремонт», практически не практикуемый в других странах. Бичом покрытий наших автодорог и тротуаров, при отсутствии каких либо других повреждений, являются поперечные усадочные (температурные) трещины, захватывающие всю их ширину и во многих случаях распределенные на всем протяжении дорог и тротуаров примерно на равных расстояниях от 5-6 и до 30 м, а также продольные трещины в местах некачественного сопряжения захваток укладываемых полос покрытия автодорог.
В Германии полотно автодороги представляет собой единый монолит без каких-либо повреждений. То же можно сказать и о тротуарах. Отдельные аккуратные строго прямоугольные вставки новых участков покрытия, сплавленные с существующим покрытием, встречаются только на участках производившегося ремонта подземных сетей. Понятие « ямочного ремонта» как такового отсутствует.
Разрушительная вода
Как известно, основным разрушителем дорожных покрытий, помимо морозов, является вода.
Все, без исключения, улицы (равнинные и крутые) в городах и сельских населенных пунктах канализованы, причем на крутых улицах дождеприемники установлены чаще, что исключает разрушительное воздействие потоков воды на покрытие проезжей части во время дождя. Для исключения засорения дождевой канализации и быстрой ее очистки от мусора в дождеприемники вставляют легкие металлические или пластмассовые емкости с отверстиями в боковых стенках, которые периодически вынимаются и опоражниваются. Даже на сравнительно ровных участках вода на дорогах не задерживается, так как полотну дороги придается строго лекальная форма, причем обеспечивается сток воды к дождеприемникам как в поперечном, так и в продольном направлениях.
В бывшем Союзе считали, что крутые улицы можно не канализовать (такое положение имеет место в Каменском), что, по мнению автора, недопустимо, так как вода, текущая по полотну автодороги с большой скоростью, вымывает битум и разрушает асфальтобетонное покрытие. Автору также не приходилось видеть, чтобы у нас производилась очистка дождеприемников. Отвод воды с проезжей части в поперечном и продольном направлении строго регламентирован нашими нормативными документами, но не всегда выдерживается в натуре, особенно при капитальных ремонтах.
Помимо вышесказанного, низкое качество дорожных покрытий, обусловлено: как несоответствием исходного минерального сырья, битумов и в целом асфальтобетонных смесей требованиям нормативных документов, так и очень низкими требованиями госстандартов к битумам и другим материалам; отсутствием лабораторного контроля за качеством исходных материалов, изготовлением и укладкой асфальтобетонных смесей с грубыми нарушениями условий производства работ.
При недостаточном оснащении заводских лабораторий или их отсутствии исключается возможность нормального контроля за качеством минерального сырья, битумов, подбора асфальтобетонных смесей применительно к конкретным исходным материалам, а также контроля за их изготовлением, укладкой, уплотнением и при приемке выполненных работ.
Долговечность асфальтобетонных покрытий, их сопротивляемость атмосферным воздействиям и прежде всего воды зависит от прочности сцепления минеральных зерен с битумом и качества битума.
В Каменском и ряде других областей Украины в качестве минеральных составляющих асфальтобетона применяют местные материалы: гранит, кварцевый песок и отсевы дробления гранита.
Гранит, кварцевый порфир и липарит, а также кварц, входящий в их состав, являются кислыми горными породами которые относят к гидрофильным, плохо сцепляющимся с битумом. Особенно низкой адгезией по отношению к битуму обладает гранит. Под воздействием воды битумная пленка отделяется от поверхности зерен кислых минеральных составляющих асфальтобетона достаточно интенсивно. Такой асфальтобетон обладает пониженной водостойкостью.
Известняк, доломит, габбро и их разновидность – лабродарит, а также базальт являются основными горными породами. Такими же свойствами обладают и доменные шлаки. С поверхности зерен основных пород битумная пленка отделяется слабее или вообще не отделяется, поскольку они практически гидрофобны (известняки с большим содержанием глинистых частиц не гидрофобны). В Германии и Израиле в дорожном строительстве применяют, как правило, гидрофобные породы.
Щебень из указанных пород, обладает не меньшей прочностью, чем гранитный, у щебня из осадочных пород она немного ниже, но это несущественно для городских дорог, испытывающих сравнительно меньшие нагрузки, чем междугородние дороги, и характеризующиеся невысокой скоростью движения.
Требованиями норм установлена необходимость введения в состав асфальтобетонных смесей для плотного асфальтобетона, содержащих продукты дробления изверженных пород, тонкомолотой (фракция меньше 0,071 мм) добавки минерального порошка из гидрофобных карбонатных пород для увеличения плотности асфальтобетона и улучшения сцепления битума с минеральными составляющими. Вопреки этим требованиям в «Технических указаниях по применению асфальтового бетона и битумно-минеральных смесей в городском дорожном строительстве», утвержденных бывшим Министерством коммунального хозяйства УССР в 1971 г., было рекомендовано, наряду со смесями, отвечающими этим требованиям, несколько рецептов асфальтобетона с применением только гранитного отсева фракций 25-0 и 5-0 мм и битума без включения гидрофобного минерального порошка.
Однако в последние годы такие рецепты с дополнительным включением кварцевого песка или без него применялись повсеместно. На некоторых заводах в свое время расходные емкости для минерального порошка пустовали.
Здесь допускали две ошибки: 1) считали, что при использовании гранитного отсева не требуется введение минерального порошка; 2) так как в гранитном отсеве содержится в большом количестве фракция меньше 0,071 мм, то полагали, что она обеспечит необходимую плотность асфальтобетона без минерального порошка.
Нами испытано несколько образцов мелкозернистого и песчаного асфальтобетона, изготовленных из укладывавшихся в дорожные покрытия Каменского афальтобетонных смесей следующего состава: гранитный отсев крупностью 20,0 мм, кварцевый песок с модулем крупности 1,4, битум марки БНД 40/60 и гранитный отсев крупностью 5,0 мм с тем же битумом. Повышенное содержание фракций 0,14 и 0,071 мм и заниженное – 0,063 мм вызвало увеличение предела прочности при сжатии при t=25°C в 3,3 раза по сравнению с нормативным. Для мелкозернистого асфальтобетона не обеспечивалась необходимая водостойкость, а предел прочности при сжатии при 0°С превысил нормативный в 1,1-1,4 раза. Для песчаного асфальтобетона также не соблюдался необходимый коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении. Как видим, повышенное содержание мелких фракций чрезмерно увеличивает прочность на сжатие, но при отсутствии здесь гидрофобного наполнителя показатели водостойкости не выдерживаются. Более того, как показано рядом исследователей, подобная высокая прочность зачастую вызывает повышенную хрупкость и сильное растрескивание покрытий, что наблюдается в натуре.
Несомненно, что замена мелких фракций гранитного отсева оптимальным содержанием аналогичных фракций минерального порошка из карбонатных пород меньшей прочности позволит: снизить прочность на сжатие до необходимой; уменьшить хрупкость дорожных покрытий; обеспечить нормативный коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, особенно при применении активированных минеральных порошков.
Иногда битумы поступают на заводы без сертификатов. Но от свойств битумов зависит качество асфальтобетонных покрытий: теплоустойчивость, сопротивляемость трещинообразованию, выкрашиванию, сдвиговым и другим деформациям. Качество битумов будет тем выше, чем больше у них глубина проникания иглы и растяжимость при25°C и при 0°С, а также чем выше их температура размягчения и ниже температура хрупкости. Поэтому каждая поступающая на завод партия битума должна проверяться по этим параметрам, что не всегда выполняется из-за отсутствия или недоукомплектованности лабораторий.
Появлению температурных трещин обычно способствует быстрое понижение температуры, например, с 0° до – (15°…20°) менее чем за сутки, так как резко повышается хрупкость асфальтобетона с одновременным температурным укорочением покрытия. Так, при средней температуре наиболее холодной пятидневки и наиболее холодных суток (обеспеченностью 0,92) в Украине от -18° до -25° и от -21° до -28°температура хрупкости применяющихся в настоящее время битумов марок БНД и БН значительно выше и колеблется в пределах от -20° до -12° и от -14° до -6°. При при таких температурах эти битумыстановятся хрупкими.
Для снижения температурных деформаций асфальтобетонных покрытий необходимо добиваться повышения эластичности и теплоустойчивости битумов, что может быть обеспечено путем максимально возможного увеличения температуры размягчения при одновременном снижении температуры хрупкости.
Таким образом, качество битума определяется интервалом пластичности, представляющим собой сумму абсолютных значений температур размягчения и хрупкости.
Интервал пластичности битумов марки БНД или БН колеблется от 55°- 63° до 47°-51° при температуре в покрытиях в Украине 50°- 55° летом и – (20- 25°) зимой. Следовательно максимально возможный перепад температур в покрытиях составляет 70°-80° и превышает интервал пластичности в среднем на 30 %, что ведет к их размягчению и снижению сопротивления сдвигу летом, повышению хрупкости и растрескивания зимой. Поэтому требуется обогащение битумов.
В Германии применяют полимермодифицированные битумы. Незначительная добавка полимеров в пределах 3 % резко повышает теплостойкость, диапазон пластичности (увеличивает глубину проникания иглы) и значительно улучшает сцепление битума с минеральными составляющими. Из недорогих полимеров, используемых для создания однородных смесей с битумами, применяют: натуральный каучук (латекс), стирол-бутадиен-стирол, этилен-винилацетат-сополимер и этилен-пропилен-термополимер. Используются и другие полимеры, что позволяет производить битумы с различными улучшенными свойствами.Напрмер, у пластифицированного битума марки 40/100-65 теплостойкость 65°, морозостойкость 15°. Таким образом, минимальный интервал пластичности здесь составляет 80°, что значительно выше, чем у битумов, применяемых Украине, при намного более мягком климате а Германии. Как видим, отсутствие трещин и других повреждений на дорогах Германии обусловлено качеством применяемых битумов и минеральных (гидрофобных) составляющих в асфальтобетонных смесях.
В последние годы и в Украине появились дорожно-стоительные организации, вводящие в асфальтобетонные смеси активные добавки и модификаторы, значительно улучшающие их качество.
При капитальных ремонтах в условиях недостаточного технического контроля и при отсутствии машин, срезающих и перерабатывающих разрушенный слой покрытия укладка асфальтобетонных смесей зачастую производится: на мокрую поверхность, без срезки разрушенного существующего покрытия или без устранения всех его дефектов (потерявших прочность участков, трещин, выбоин), без тщательной очистки поверхности от засохшей грязи, пыли, мусора, а также без полной обработки покрываемого слоя битумной эмульсией или битумом; при недостаточном и нетехнологичном уплотнении; без создания нормальных поперечных и продольных уклонов для отвода воды; при некачественном сопряжении (без сплавления) смежно или вновь укладываемых полос с существующими; при более низких осенне-весенних температурах; без контроля температуры укладываемых смесей и без ведения журналов производства работ. При выполнении так называемых «ямочных ремонтов» мелкие провинциальные фирмы даже не оснащены малыми уплотняющими механизмами (миниатюрными бульдозерами, катками). Таким образом, не только не всегда очищается и обрабатывается битумом поверхность ям, но даже не обеспечивается качественное уплотнение укладываемого асфальтобетона. Тендер на производство работ должны выигрывать не те, кто запрашивает наиболее низкую цену за выполнение работ, а те, кто гарантирует высокое качество работ, что должно быть подтверждено наличием соответствующего оборудования, специалистов, оснащенной строительной лаборатории и гарантией длительной службы восстановленного покрытия (для начала не менее 10-15 лет без капитальных ремонтов).
Заметим также, что недопустимо выполнение капитальных ремонтов автодорожных покрытий без наличия соответствующих проектов. Кроме того, автор не рекомендует для этих целей использовать холодный асфальтобетон. Более того, передо мной лежит фотография из Днепродзержинска, на которой изображен участок ремонтируемой зимой автодороги, где асфальтобетонная смесь укладывается на мокрую поверхность.
В целях повышения срока службы асфальтобетонных покрытий необходимо:
– обеспечить строгий лабораторный контроль всех видов производства и приемки работ;
– установить, что состав асфальтобетонных смесей должен строго соответствовать конкретно используемым материалам, климатическим условиям дороги, требуемой плотности покрытия и его планируемой долговечности;
– исключить применение асфальтобетонных смесей с использованием гидроксильного минерального сырья без применения гидрофобного, в том числе активированного минерального порошка;
– использовать для приготовления асфальтобетонных смесей щебень из гидрофобных пород;
– обеспечить тщательный лабораторный контроль за поступающими на заводы битумами и использовать полимерные или другие добавки для повышения их теплоустойчивости и эластичности, что позволит увеличить интервал пластичности для Украины до значений 85°- 90°, превышающих сумму абсолютных значений положительной и отрицательной температур в покрытиях;
– исключить использование холодного асфальтобетона для ремонта участков городских автодорог.
– повысить качество эксплуатации автодорог.
