В составе асфальтобетона важен каждый компонент. Разбираем состав подробнее

Мы продолжаем знакомить вас с темами научно-практического семинара «Шёлковый путь». Одна из них — структурообразование асфальтобетона. А точнее, влияние материалов на свойства смеси, которую потом укладывают на дороги.

Основной каркас, противодействующий нагрузкам и обеспечивающий шероховатость для сцепления с плёнкой вяжущего, образует щебень. Оптимальной структуре АБС соответствует наибольшая прочность материала, когда битум полностью переходит в плёночное состояние и зёрна минерального песка максимально сближены между собой.

«Коллеги, что это нам напоминает? Систему Superpave? Систему объёмно-функционального проектирования (ОФП). Должно быть максимальное количество минерального наполнителя, зёрна должны быть вплотную друг к другу, а плёнка битумная должна быть минимальная. Только в этом случае асфальтобетон будет работать и на сжатие, и на динамические нагрузки», — напомнила собравшимся подрядчикам и лаборантам заместитель директора по качеству, руководитель научно-исследовательского центра АО «АБЗ-1» Наталья Майданова.

В асфальтобетоне нет мелочей, и каждый материал важен. Помимо образующего каркас щебня, песок играет роль заполнителя, а минеральный порошок является структурирующей добавкой, повышающей вязкость битума. Г-жа Майданова отметила, что это относится к классическому составу АБС по ГОСТ 9128. В системе ОФП песку в качестве наполнителя отводят уже менее значимую роль, заменяя его щебнем разных фракций, склеенным мастичной смесью минерального порошка и битума.

Нещадная лещадность

Основные проблемы со щебнем, возникающие у дорожников и лабораторий, мы частично описали в прошлом номере журнала. Остановимся более подробно на зерновом составе, точнее на требованиях к нормам по отклонению. Для обеспечения стабильности состава необходим тотальный входной контроль всех каменных материалов с периодическим анализом результатов. Если неоднородный щебень попадёт в асфальтосмеситель, то готовая продукция вряд ли удовлетворит заказчиков.

«Для выпуска продукта ожидаемого качества нужно, чтобы все входящие компоненты были с постоянными характеристиками. Это закон технологии: что смешали, то и получили. Когда идут скачки по химическому составу щебня в результате частого изменения от партии к партии, адгезионные добавки, которые на одном камне работают, на другом не сработают. Требуется изменение дозировок или самой добавки. И на больших объёмах отследить это трудно. В итоге провалы по водостойкости, по адгезии т. д.», — рассказала Наталья Майданова.

Одна из самых больших проблем с зерновым составом — это лещадность. По нормативам существует семь марок щебня, оптимальное количество зёрен игловатой и пластинчатой форм в асфальтобетоне не должно превышать 15% от общей массы.

К чему может привести лещадность? Обычно такой камешек образует самое слабое место в асфальтобетоне. Небольшому кусочку достаточно выпасть из общего состава уложенной смеси или разрушиться под воздействием нагрузок. В эту зону попадает влага или реагент, и яма начинает быстро разрастаться, особенно при частых переходах через 0 °С и отсутствии водоотводов.

«Чем больше у нас лещадки в смеси, тем выше вероятность, что она раскрошится во время сушки, и нарушится гранулометрический состав. Зёрна могут поломаться во время приготовления АБС, и это тоже ведёт к изменению грансостава. Причём, даже если вы на заводе всё тщательно перемешали, всё покрыто, сделан высокопрочный слой, реакция произошла, абсорбция закончилась, лещадка может расколоться во время уплотнения смеси. И у вас появляется слой, не покрытый битумом. Он приведёт к ослаблению прочностной структуры», — объяснила представитель «АБЗ-1».

Зёрна кубовидной формы наиболее соответствуют при переходе ко многощебёнистым АБС по ОФП. Естественно, речь идёт не о полном соответствии геометрическому понятию куба. Так называют форму фракции с примерно одинаковой высотой и толщиной. За счёт многогранности щебень максимально соприкасается друг с другом, и смесь становится более подвижной, но не сегрегированной.

«Дробимость зависит от структуры каменного материала. Есть горные породы, которые в исходном состоянии имеют прочность 1200, а после сушки в барабане при высокой температуре выходит щебень маркой ниже. Поэтому, когда у вас идёт выбор материала, об этом нужно помнить», — посоветовала г-жа Майданова.

Собственно, пока ни один карьер не предлагает идеальный щебень. Помимо высокого процента лещадности, дорожники получают фракции в неравномерных пропорциях, с посторонними примесями и высокой влажностью.

На АБЗ лещадка забивает сита, что уменьшает площадь просеивания, отсюда и снижение производительности. Далее при остановке завода для прочистки сит возникает экономический ущерб от простоя. Кто от этого в выигрыше? Да никто. Кстати, иногда и сами владельцы АБЗ стреляют себе в ногу, экономя на выстраивании правильной технологии. Директор ООО «Хайвэй Машинери» (NFLG Россия) Алексей Соломатов привёл пример, когда китайские инженеры приехали настраивать завод на площадку одного из российских клиентов. Специалист сел за стол оператора, командует, в какой бункер какую фракцию засыпать, а уровень в бункере горячих материалов после грохочения не тот, что нужно. При этом питатели крутятся с нужной по рецептуре скоростью.

Представитель из Поднебесной с большим опытом запуска таких заводов ничего не мог понять, в итоге «психанул» и вышел передохнуть на улицу. И тут он, мягко говоря, обомлел: погрузчик зачерпывает ковшом фракцию 5-20 и сыпет её во все бункеры. Естественно, ни о каком соблюдении рецептуры и получении смеси нужного качества речи и быть не может. В Китае все фракции щебня не только отсортированы, но и хранятся под навесом. В нашей стране бережное отношение к материалам — скорее, исключение.

Но даже те ответственные подрядчики, которые сортируют щебень и правильно его хранят, не застрахованы от поставок материала несоответствующего качества. Поэтому одним из действенных способов дать на входе в АБЗ максимально качественный ингредиент — это самостоятельно его додробить.

К выбору дробилок, по словам г-на Соломатова, зачастую подходят безответственно, не понимая, с какими фракциями будут работать. Для корректного выбора оборудования необходимо в ТЗ указать входящий размер материала, какие фракции и их количество нужны на выходе, производительность и прочность материала.

«Иногда далёкие от этой области люди задают вопрос: почему асфальтобетон плохой? Даже когда с ребёнком еду на машине и дорога плохая, то виноват почему-то я. Хотя дороги я не строю, а продаю оборудование для производства асфальтобетона. Но упрекают меня. Вот давайте отвечу, как говорится, для домохозяек: если у вас яйца тухлые и мука плохо просеяна, то какой бы ни был хороший миксер, качественное тесто никак не получится», — объяснил Алексей Соломатов.

Одна из распространённых ошибок при использовании щековой дробилки — попытка получить при первичном проходе еврофракции. Ну нельзя закинуть метровый булыжник и при производительности 500 тонн в час ожидать 0-4, 4-11, 16, 22 или 32 мм. Она может выдавать 40 мм, но производительность снизится до 80 тонн в час. И лещадки со щековых дробилок очень много.

Роторная дробилка тоже может дробить большие куски материала до 700 мм, и на выходе будут подходящие для асфальтобетона фракции. Но этот вид оборудования обладает недостатком — высокой изнашиваемостью запчастей, что ведёт к дополнительным затратам собственника.

Оптимальным видом дробилок Алексей Соломатов называет конусный, уточняя, что, в отличие от российских производителей, иностранные ставят более длинный конус, что позволяет пройтись по исходному материалу 2-3 раза. В итоге у импортных конусных дробилок на выходе лещадность не превышает 10-15%.

На рынке присутствуют и так называемые кубовизаторы, то есть роторные дробилки с вертикальным валом. Их проектировали в странах Азии для производства песка, соответственно, работает этот вид оборудования только с мелкими камнями размером не более 45 мм. Зато на выходе идёт практически идеальный кубовидный щебень, правда, процент отсева тоже высок.

«Чтобы лещадка не забивала сита, на виброгрохот следует ставить арфообразные типы. Они играющие, у них нет жёсткого сцепления друг с другом. Конструкция представляет собой поперечные пруты, которые не дают застревать фракциям до 10 мм», — пояснил представитель NFLG.

Связующее звено

Вопросы структурообразования асфальтобетона — до сих пор предмет изучения даже опытных дорожников.

«Асфальтобетон — один из сложнейших строительных материалов, потому что в период воздействия высоких температур он так же, как и битум, является вязкопластичным, а при отрицательных температурах — упругим. То есть вяжущее, которое склеивает щебень, минеральный порошок, песок и т. д., ведёт себя по-разному. И по старому ГОСТ 22245-90 не было понимания свойств этого вяжущего и логики показателей асфальтобетона. С появлением новых методов испытаний и фундаментальных характеристик мы уже можем предположить в лаборатории, как этот вид вяжущего поведёт себя в долгосрочной перспективе на объекте», — объяснила Наталья Майданова.

Чтобы смесь легла на дорогу и служила долго, нельзя допускать никаких оплошностей. И каждый материал в структуре важен. Отдельного обсуждения заслуживает битумная составляющая. На эту тему у нас ещё будет не одна статья, но пока остановимся на основных моментах, с которыми сталкиваются дорожники.

Замдиректора по качеству АО «АБЗ-1» рассказала о часто возникающих вопросах после укладки асфальтобетона, произведённого по ОФП. Мол, движение открыли, две недели всё было хорошо, а потом образовались колеи, хотя температура воздуха не изменялась. Причина в неверно подобранном вяжущем в структуре смеси. Под воздействием нагрузок от транспорта в жаркую погоду битумная эмульсия начала мигрировать в верхний слой покрытия, образовав зону повышенной пластичности.

Спикер выделила три принципа разрушения асфальтобетонной смеси. К первому относят когезионный разрыв, когда трещина образуется внутри разрыва вяжущего. Г-жа Майданова подчеркнула, что при правильно подобранном составе смеси и прочном сцеплении плёнки с каменным материалом микротрещины будут самозалечиваться. В качестве примера можно посмотреть на щебёночно-мастичный асфальтобетон, где содержание вяжущего выше, чем в других типах. И даже после зимних растрескиваний летом они исчезают.

Второй принцип разрушения — адгезионный, то есть вяжущее отслаивается от минерального материала. При таком раскладе достаточно одного дождика, чтобы влага продолжила своё тлетворное воздействие.

Третий принцип сочетает в себе первые два вида разрушения. По словам представителя «АБЗ-1», это не менее часто встречающийся вид проблемы.

К сожалению, в отличие от Европы, Китая или Америки, где битум изучают досконально, чтобы тот служил дольше, в России это направление практически уничтожено. А зря, ведь это на самом деле очень сложный компонент в АБС.

«Мы внедрили новые стандарты, ГОСТы, мы знаем, как делать каркас асфальтобетона, и через какое-то время научимся доводить смеси до совершенства. Но вяжущему материалу особого внимания не уделяем. Битум — сложный нефтяной тяжёлый остаток, ещё в учебнике 1938 года написано: в масляной фазе плавают различные смолы и асфальтеновые комплексы. И эти компоненты в битуме отвечают за клейкость. Какое количество этих компонентов, какого они качества и размера? От этого зависит долговечность склеивания», — разъяснила Наталья Майданова.

Битум на НПЗ — это остаточный продукт переработки нефти, поэтому там не слишком следят за тем, какого он качества. А у дорожников нет особого выбора, и приходится брать что дают. При производстве АБС в смесительной установке битум проходит процесс старения.

Базовая температура в мешалке — 163 °С, но зачастую на АБЗ она оказывается выше, поэтому полученный лаборантами прогноз старения недостоверен. И свойства битума окажутся хуже.

Далее происходят абсорбционные процессы, то есть жидкие аромамасла из вяжущего впитываются в трещины каменных материалов. Причём, как говорит Наталья Майданова, происходит это не в момент производства смеси, а во время её хранения, транспортировки и укладки. Эксперт подчеркнула важность проведения испытаний в лаборатории спустя минимум день после подготовки образцов, так как результаты у только что приготовленной АБС и немного полежавшей будут отличаться в силу перестройки структуры битума.

Добавим сюда процессы потери характеристик в уже уложенной АБС на дорогу во время эксплуатации из-за ультрафиолета, перепадов температур и нагрузок от транспорта. Всё это влияет на долговечность слоёв смеси. Поэтому задача лаборатории — провести испытания при разных температурах и найти способ улучшения свойств вяжущего. А на следующей странице поговорим немного о практическом опыте их применения модификаторов.

Подготовил Артём Щетников