Состав асфальтобетонных смесей: современные подходы к созданию

Качество дорожного покрытия закладывается задолго до того, как первая партия асфальтобетонной смеси покинет завод. Оно определяется на этапе проектирования состава, когда специалист, учитывая климатические особенности региона, интенсивность движения и тип транспортной нагрузки, подбирает оптимальное сочетание минеральных материалов и битумного вяжущего.

В условиях, когда национальный проект «Инфраструктура для жизни» ставит амбициозные задачи по приведению в нормативное состояние не менее 85% федеральных трасс и дорог крупнейших агломераций к 2030 году, вопрос грамотного проектирования приобретает особую значимость. Об этом говорили и участники практического семинара «Шёлковый путь».

Современный подход к созданию асфальтобетонных смесей кардинально отличается от прежней практики. Ранее проектировщик, определив категорию дороги по суммарному годовому объёму движения, открывал таблицу и выбирал тип асфальтобетона: А, Б, В или Г первой марки — независимо от того, составляла ли интенсивность движения 6000 или 14 000 автомобилей в сутки.

Сегодня, как поясняет начальник отдела контроля качества Федерального казённого учреждения «Управление федеральных автомобильных дорог «Северо-Запад» имени Н. В. Смирнова» Ирина Былина, прежде всего необходимо определить условия движения: лёгкие, нормальные, тяжёлые и экстремальные, — а также уровни транспортной нагрузки: низкий (S), средний (H), высокий (V) и экстремальный (E). Такой дифференцированный подход позволяет подобрать состав, адекватный реальным условиям эксплуатации.

Добавить вяжущее

Особое внимание специалисты рекомендуют уделять выбору битумного вяжущего. Вместо привычных марок БНД 60/90 или 90/130 современные стандарты вводят классификацию по системе PG (Performance Grade), где верхнее значение указывает на максимальную температуру, при которой вяжущее сохраняет устойчивость к пластическим деформациям, а нижнее — на минимальную температуру хрупкости.

Для Санкт-Петербурга и Ленинградской области, как установили специалисты ФКУ «Упрдор «Северо-Запад», требуемая марка составляет PG 52–28, для Псковской области — PG 52–34, для Калининградской — PG 52–22. Однако, по словам Ирины Былиной, никто из производителей битумных вяжущих в регионе не смог предложить продукцию такой марки, что вынудило заказчиков искать компромиссные решения, в том числе применять полимерно-битумные вяжущие с фактическими характеристиками, близкими к требуемым.

Опыт ФКУ «Упрдор «Северо-Запад» подтверждает эффективность современных подходов. На кольцевой автомобильной дороге Санкт-Петербурга в 2012 году был уложен слой из щебёночно-мастичного асфальтобетона на полимерно-битумном вяжущем марки 60 с водонасыщением менее 2%.

Коэффициент износа составил 3,2 миллиметра на миллион транспортных средств при интенсивности движения 150,3 тысячи автомобилей в сутки. В 2018 году на том же участке, но уже с применением асфальтобетона, созданного методом объёмно-функционального проектирования, с маркой вяжущего PG 76–28 и водонасыщением в диапазоне трёх-шести процентов, коэффициент износа снизился до 2,1 миллиметра на миллион транспортных средств, несмотря на рост интенсивности до 191,2 тысячи автомобилей в сутки.

К 2024 году интенсивность достигла 256,4 тысячи автомобилей в сутки, однако расчётный срок службы верхнего слоя увеличился с 243,7 до 371,4 суток при абразивном износе в 25 миллиметров.

«Тот асфальт, который мы теперь применяем, у нас прослужит две зимы. А тот, который укладывали раньше, у нас бы не выдержал и полутора зим», — констатирует Ирина Былина.

Инновационные разработки также вносят вклад в повышение качества асфальтобетонных смесей. Директор департамента науки и инноваций НАО «Карагандинский индустриальный университет» Вячеслав Кунаев представил участникам семинара комплексную технологию получения асфальтобетона на основе доменного шлака с предварительным избирательным дроблением заполнителя и модификацией битумного вяжущего микрокремнезёмом.

Суть метода заключается в том, что шлаковый щебень подвергают избирательному дроблению в шаровой мельнице в течение 35 минут, в результате чего хрупкие высокопористые зёрна разрушаются, а прочные малопористые сохраняют целостность.

Дополнительное введение микрокремнезёма в количестве 12% от массы битума обеспечивает уплотнение микроструктуры смеси, снижение водонасыщения с 5,9 до 3,42% и повышение прочности на сжатие с 5,28 до 6,62 МПа. Как отмечает г-н Кунаев, такой подход позволяет создать асфальтобетон, приближенный по эксплуатационным свойствам к покрытиям на природном щебне, но более экономичный и экологичный за счёт использования техногенных отходов.

По стандартам

Важнейшим этапом является выбор методики. В настоящее время действуют два основных подхода: объёмно-функциональное проектирование по системе Superpave с использованием вращательного гиратора (стандарты ГОСТ Р 58401) и проектирование на ударном компакторе Маршалла (ГОСТ Р 58406.10).

Первый метод, требующий применения специальных вяжущих с классификацией PG, гарантирует устойчивость к пластическому колееобразованию за счёт самой методики. Второй допускает использование как битумов марок БНД по ГОСТ 33133, так и полимерно-битумных вяжущих, но требует обязательного подтверждения колееустойчивости дополнительными испытаниями по ГОСТ Р 58406.3.

Как показала практика, даже смесь, полностью соответствующая требованиям старого ГОСТ 9128, при статической нагрузке от грузового транспорта и температуре воздуха в 30 °С может образовывать просадки. Поэтому сегодня обязательным этапом является проверка на сопротивление образованию колеи при скорректированной расчётной температуре, учитывающей не только климатические условия, но и уровень транспортной нагрузки.

Не менее важным фактором долговечности является водостойкость асфальтобетона. Современные стандарты вводят методику испытаний с предварительным водонасыщением образцов, замораживанием при -18 градусах и последующим оттаиванием при +60 градусах. Испытания на так называемом гамбургском колесе позволяют оценить не только колееобразование, но  и устойчивость покрытия к воздействию воды.

Как показала практика, асфальтобетон, имеющий хорошую колееустойчивость при высоких температурах, при испытаниях в водной среде может проявлять шелушение и интенсивное колееобразование. Для предотвращения подобных разрушений в состав смесей вводят адгезионные добавки, повышающие сцепление битума с минеральными материалами.

Технический регламент Таможенного союза «Безопасность автомобильных дорог» устанавливает минимально необходимые требования, однако, как справедливо замечает руководитель научно-исследовательского центра АО «АБЗ-1» Наталья Майданова, для того чтобы быть конкурентными, нужно всегда стремиться подниматься чуть выше этого минимального уровня.

В условиях, когда в дорожной отрасли действует около 290 нормативных документов, а общее количество национальных стандартов в области дорожного хозяйства приближается к пятистам, ключевым становится не формальное соблюдение требований, а глубокое понимание физических процессов, происходящих в дорожной одежде под воздействием климатических факторов и транспортных нагрузок.

Качественное проектирование асфальтобетонной смеси — это не механическое следование таблицам стандартов, а инженерное искусство, требующее от специалиста системного мышления, внимания к деталям и ответственности за конечный результат. Как говорил один из классиков управления Эдвард Деминг, качество определяется соответствием ожиданиям потребителя или превосходством их.

В случае с дорожным покрытием потребитель — это не только водитель автомобиля, но и налогоплательщик, чьи средства направляются на строительство и содержание дорог. И долг каждого проектировщика, технолога и лаборанта — сделать так, чтобы эти средства были потрачены с максимальной пользой, обеспечивая безопасность и комфорт движения на долгие годы.

«Производство асфальтобетонной смеси можно разбить на много-много маленьких процессов, и в каждом из них нужно снижать возможность изменения исходных данных. Когда абсолютно все сотрудники предприятия будут думать о том, как на своём участке снизить изменения, то тогда мы в конечном итоге будем получать более стабильное качество продукции и долговечные дороги», — считает Наталья Майданова.

Подготовил Артём Щетников.