Асфальтобетонное дорожное покрытие автобана подвергается постоянному воздействию механических нагрузок от транспортных средств.
Кроме того, на него влияют погодные условия и грунтово-гидрологические факторы.
Внутренние напряжения и деформации дорожного полотна, вызываемые этими воздействиями, накапливаются, что приводит к появлению дефектов и разрушений верхнего слоя дорожной одежды в виде трещин и выбоин.
Чтобы качество дорожного полотна соответствовало требованиям безопасности дорожного движения (ст. 12 Федерального закона от 10.12.1995 за № 196-ФЗ в редакции от 26.07.2017 «О безопасности дорожного движения»), дорожно-строительными организациями проводятся работы по удалению изношенных и поврежденных слоев асфальтобетонного покрытия (АБП) и замене их новыми слоями.
Объемы ежегодно снимаемых старых АБП в каждом крупном городе РФ составляют десятки тысяч тонн, а в целом для автомобильных дорог России ежегодно «набегает» более миллиона тонн демонтированного асфальтобетона.
Современные технологии переработки старого асфальтобетона носят ресурсосберегающий характер, поскольку регенерированное покрытие с успехом используется в процессе создания нового АБП.
Структура асфальтового дорожного покрытия
Регенерация демонтированного АБП направлена на восстановление и повышение технико-эксплуатационных характеристик асфальтобетонного материала с целью его повторного использования для асфальтирования автобанов или других дорожно-ремонтных работ.
По истечении ресурсного срока эксплуатации дорожного покрытия в его составе сохраняется до 90% полезной массы асфальтобетонного материала, пригодного для дальнейшего применения.
Чтобы методики переработки б/у асфальта были более понятны, рассмотрим подробнее структуру дорожной одежды и свойства основных элементов, ее составляющих.
Дорожные одежды с АБП являются наиболее распространенными конструкциями автобанов всех категорий.
Выше приведена схема так называемого «дорожного пирога» — многослойной дорожной одежды с обязательным асфальтобетонным покрытием толщиной не менее 15 см.
ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные…» определяет состав асфальтобетонных смесей (п. 3.1) как рационально подобранные смеси щебня, гравия, песка и минерального порошка с битумом, перемешиваемые в нагретом состоянии. При этом асфальтобетоном принято называть (п.3.2) асфальтобетонную смесь (далее – АБС) в уплотненном состоянии уже после укатки катками.
Следует различать понятия асфальта и асфальтобетона, используемые в дорожно-строительной практике:
- Асфальт является вяжущим органическим веществом природного либо искусственного происхождения с различным содержанием битумов в его составе (от 13% до 75%). Он представляет собой смесь битумов с песком и гравием. Настоящий природный асфальт состоит из тяжелых нефтяных фракций и мало отличим от обычной смолы, за это его древние греки и назвали — горная смола.
- Асфальтобетон – результат технологического перемешивания битумов с инертными материалами – щебнем, гравием и песком, которые существенно повышают прочностные характеристики асфальтобетонной смеси. Другими словами, асфальтобетон является модифицированным вариантом традиционного дорожного асфальтового покрытия.
В составе АБП битум составляет всего 4,5-6,0%, остальное – щебень, гравий и песок.
Это дало основание еще полвека назад на основе широких исследований в США, СССР, европейских странах и Китае взять на вооружение концепцию о 100%-й пригодности дорожного асфальтобетонного покрытия к переработке и повторному применению.
Современные технологии регенерации и рециклинга асфальтобетонных покрытий представляют собой переработку изношенного в процессе эксплуатации АБП с доведением его технических показателей и физико-химических характеристик до требуемого уровня.
Использование демонтированного старого асфальтобетона позволяют сделать это при минимальном потреблении новых вяжущих материалов и инертных заполнителей.
Удаление отслужившего материала
Своеобразной точкой отсчета запуска переработки старого асфальтобетона является демонтаж асфальтобетонного полотна.
Он проводится с учетом состояния слоя полотна, типа покрытия и ряда других факторов.
Асфальтовое покрытие снимают послойным удалением материала изношенного полотна, при этом демонтируют либо по всей толщине дорожного покрытия, либо удаляют только материал локальных поврежденных зон.
На небольших участках до сих пор используют ручные способы вскрытия и удаления асфальта с использованием таких инструментов, как:
- ударно-отбойные пневматические инструменты;
- режущие установки;
- ломы;
- кайло;
- кувалды;
- кирки.
На больших площадях снятия АБП без специализированной техники уже не обойтись. На смену бригадам с отбойными молотками и лопатами пришли мини-экскаваторы с гидромолотами.
Серьезную конкуренцию традиционным способам снятия дорожного полотна представляют современные дорожные фрезеры, оснащенные вращающимися фрезерными барабанами для прорезания старого асфальтобетона на требуемую глубину.
Ширина прорезаемой полосы на дороге при удалении покрытия зависит от ширины барабана и варьируется в пределах от 350 мм до 2200 мм.
Стальные зубья барабанов срезают необходимый слой АБП и прорезают на основании дорожной одежды неглубокие борозды для улучшения сцепки оставшегося материала основания с новым слоем асфальтобетонной смеси или регенерированного асфальтобетона.
Фрезерование слоев дорожного полотна выполняют двумя различными способами:
- горячим фрезерованием, проводимым в условиях предварительного разогрева АБП;
- холодным фрезерованием, при котором работы начинаются без разогрева.
У каждого из способов фрезерования имеются свои преимущества и недостатки.
Горячее фрезерование
Этот метод для удаления АБП быо внедрен раньше, чем начали применять холодное фрезерование.
При помощи мобильных инфракрасных горелок, работающих на газе (пропан-бутановая смесь) или на керосине, асфальт нагревается и размягчается.
Это помогает снизить величину усилия, которое нужно затратить для разрушения демонтируемого покрытия.
Недостатками горячего фрезерования являются следующие обстоятельства:
- высокая стоимость используемых топливных ресурсов;
- риск возгорания техники и опасность получения ожогов персоналом;
- разрушенный асфальтовый материал склеивается, делая неудобным повторное применение;
- при хранении в штабелях на складе АБЗ куски сфрезерованного асфальта слеживаются в жаркую погоду, что вынуждает пересыпать их песком или минеральным порошком.
При выборе горячего фрезерования приоритетным мотивом считается скорость проведения ремонтных работ, поскольку нагретое АБП срезается быстро и с минимальными усилиями.
Резюмируя вышесказанное, можно отметить, что горячий способ — затратный, но быстрый.
Холодный способ
Холодное фрезерование требует больше усилий и более затратно по времени выполнения работ, поскольку слой дорожного полотна снимается в своем естественном твердом состоянии.
Преимуществами этой методики являются следующие факторы:
- неизменяемость структуры покрытия, что дает возможность использовать снятый материал в составе подготавливаемой асфальтобетонной смеси;
- при хранении в штабелях куски сфрезерованного асфальтобетона не слеживаются;
- экономичность процесса фрезерования.
Асфальтобетонный лом и гранулят
Демонтаж старого АБП приводит к образованию кусков асфальтобетона различных размеров, называемых асфальтобетонным ломом.
В составе таких отходов — лома — остаются основные компоненты асфальтового и асфальтобетонного покрытия – щебень, песок и остатки битума.
Толщина снятых пластов составляет от 5 до 15 см.
Размеры кусков асфальта не нормируются, однако в практике сепарации асфальтовых глыб принято разделять на три условные группы:
- мелкие отходы, размеры которых не превышают 20 см;
- средний лом размерами элементов 15-40 см;
- крупные глыбы размером более полуметра.
Асфальтовый лом, находясь в статусе вторичного ресурса, является отличным ремонтно-строительным материалом. Достоинствами асфальтового лома считаются следующие качества:
- прочность к воздействию механических статических и динамических нагрузок;
- устойчивость к воздействию атмосферной влаги и химически активных веществ;
- устойчивость к резким температурным перепадам;
- возможность дальнейшего измельчения путем дробления с помощью отбойного молотка;
- низкая стоимость.
Средние показатели объемного веса асфальтового лома составляют 1800-2200 кг на 1 м3, тогда как у асфальтобетона этот параметр несколько больше – от 2000 до 2450 кг или, соответственно, 2-2,45 т на 1 м3.
В зависимости от способа дробления кусков старого асфальтобетона получают асфальтобетонный гранулят (далее – АБГ) и асфальтовую крошку, пользующиеся широким спросом. Средняя плотность АБГ – от 2100 до 2200 кг/куб.м.
Стандартом СТО НОСТРОЙ 2.25.35-2011 «Автомобильные дороги. Устройство оснований дорожных одежд» дано определение АБГ как измельченного старого асфальтобетона (п.3.2), который допускается применять при изготовлении дорожных одежд и покрытий.
В связи с растущей востребованностью АБГ в дорожно-ремонтных работах внедрен ГОСТ Р 55052-2012 «Гранулят старого асфальтобетона. Технические условия», регламентирующий требования к этому материалу по аналогии с европейским стандартом на гранулят асфальтобетона EN 1310808.
Это позволит поднять планку уровня использования АБГ как высококачественного материала для дорожной одежды.
На российском рынке строительных материалов цена лома асфальтобетона варьируется в пределах 100-300 руб./куб. м, тогда как вторичный АБГ предлагается по цене 500-1500 руб. за тонну.
Рециклинг и регенерация
В мировой практике дорожно-строительных работ по реконструкции автобанов с успехом используются методы регенерации и рециклинга бывших в использовании материалов дорожной одежды, позволяющие экономить на приобретении новых стройматериалов.
Довольно часто в информационных источниках по этой тематике некорректно трактуются понятия регенерации и рециклинга асфальтобетона, смешивая в одну кучу конечные результаты совершенно разных по своей сути технологических концепций.
Уточним особенности этих процессов, связанные с их названиями. Термин регенерация взят из латинского языка – «regeneratio» означает «возрождение, восстановление».
Применительно к реконструкции дорожных одежд автомагистралей регенерация означает восстановление их технико-эксплуатационных качеств:
- сплошности,
- проезжаемости,
- коэффициентов аварийности и безопасности и т.п.
А для самого АБП – восстановление физико-механических свойств и показателей качества.
Среди таких свойств:
- шероховатость;
- износостойкость;
- сдвигоустойчивость;
- трещиностойкость.
Повторное использование материала старого АБП специалисты называют английским словом «recycling», означающим рециркуляцию – повторное использование, возвращение в оборот, переделку/переработку для полезного использования.
Рециклинг старого покрытия может проводиться без регенерации его свойств, например, в случае применения гранулята асфальтового лома для укрепления дорожных обочин отсутствует потребность в восстановлении пластичности, необходимой асфальтобетонной смеси при ее вторичном использовании в дорожном покрытии.
Алгоритм рециклинга АБП
Для технической реализации рециклинга старого асфальтобетона в целях его применения в качестве верхнего слоя дорожного покрытия выполняются следующие работы:
- Удаление поврежденного слоя покрытия горячим или холодным способом фрезерования.
- Изготовление АБГ путем дробления снятого фрезерованием слоя до размеров фракций щебня.
- Нагрев гранулята в специальной печи без открытого пламени для восстановления вяжущих и пластичных свойств старого битума в составе снятого асфальтобетона.
- Добавление порции свежего битума для корректировки вяжущих и пластичных свойств асфальтобетонной смеси в соответствии с рецептурой.
При проведении работ по переработке старого асфальта должны соблюдаться следующие требования, направленные на обеспечение качества нового асфальтобетонного покрытия:
- Для новой асфальтобетонной смеси, получаемой в процессе рециклинга, необходимо выполнить предварительное проектирование ее состава, в котором определены рецептура новой асфальтобетонной смеси, зерновой состав инертных компонентов, вязкость битума и его содержание в старом асфальтобетоне, технология переработки и тип смесительной установки, количество старого асфальтобетона в составе регенерируемой смеси.
- При нагреве гранулята в печах необходимо соблюдать температурные режимы, не допускающие начала испарения легких фракций из состава вяжущего и его выгорания, которое может произойти при превышении температуры вспышки битума (180-220 град. Ц для вязких и 45-110 град. Ц для жидких битумов).
Количественные показатели по содержанию гранулята и добавок в новом асфальтобетоне должны определяться лабораторными методами в соответствии с ГОСТ, ТУ и другими нормативными документами.
Способы вторичного использования отходов асфальтобетона
По месту проведения технологических мероприятий рециклинга различают два способа переработки снятого дорожно-строительного материала:
- регенерацию старого асфальтобетона в стационарных условиях на асфальтобетонном заводе (АБЗ), предполагающую предварительный демонтаж дорожного покрытия и отправку асфальтобетонного лома на АБЗ для переработки;
- рециклинг АБП непосредственно на месте реконструкции полотна, предполагающий переукладку покрытия с использованием специальной дорожной техники – ремиксеров, рециклеров, разогревателей асфальта и др.
В зависимости от применения разогрева асфальтобетона при его переработке технологии рециклинга подразделяют на две большие группы:
- Горячий рециклинг, который не может обойтись без разогрева старого асфальтобетонного материала до температуры размягчения старого битумного вяжущего. Разогрев используется на этапе демонтажа АБП, в процессе восстановления пластичных свойств старого битума и при перемешивании гранулята со свежими компонентами при изготовлении асфальтобетонной смеси под укладку вместо снятого полотна.
- Способы холодной переработки (холодный рециклинг), при реализации которых отсутствуют тепловые воздействия на старый материал и на компоненты свежей смеси.
Реалии практики дорожно-ремонтных работ таковы, что чаще всего используются комбинированные варианты названных методик.
Например, горячая переработка асфальтобетона еще не так давно отождествлялась с работами в стационарных заводских условиях на территории с развитой производственной инфраструктурой (склады, транспортные пути для завоза асфальтового лома и вывоза приготовленной асфальтобетонной смеси, емкости с битумом и т.п.).
С появлением мобильных АБЗ переработку асфальта осуществляют непосредственно на ремонтируемой дороге, обеспечивая выполнение всех необходимых технологических операций, присущих горячему рециклингу.
Холодное фрезерование, используемое в методиках холодного ресайклинга передвижных установок, с успехом «перекочевало» в технологические потоки, используемые на стационарных АБЗ.
Вместо разогрева в смесителях раздробленные куски АБП или гранулят от дорожной фрезеровки смешиваются с эмульсионными добавками или вспененным бетоном, после чего считаются годными для укладки.
В качестве альтернативы традиционной технологии восстановления АБП по формуле «фрезерование и повторное асфальтирование» выступают методики горячей и холодной регенерации на месте проведения дорожных работ.
В первой из них используется регенерация асфальтобетона на АБЗ стационарного или мобильного типа, а во второй — разрыхление материала покрытия, его обработку на месте, улучшение свойств и укладку в покрытие дорожной одежды.
В работах задействован комплект термопрофилировочной техники, состоящий из асфальторазогревателя, горячего рециклера, называемого также термопрофилировщиком, и гладковальцованных катков.
Принципы работы асфальтобетонных заводов
Технологический поток переработки асфальтобетона на АБЗ состоит из следующих этапов:
- снятия изношенного слоя асфальтобетона путем разлома автогрейдерами, бульдозерами, гидромолотами либо холодным фрезерованием;
- погрузки асфальтобетонного лома на грузовую автотехнику для отправки на АБЗ;
- транспортировки асфальтобетонного лома на АБЗ;
- складирования лома в штабеля на складской территории;
- дробления кускового лома (до 60 см) в щековых, конусных либо роторных дробильных установках до размера фракции гранулята не более 40 мм (для материала, полученного холодным фрезерованием, не требуется);
- разогрева гранулята для восстановления пластичности старого битума;
- приготовления асфальтобетонной смеси в смесителях барабанного типа путем перемешивания разогретого гранулята со свежими инертными компонентами, битумом и добавками;
- доставки асфальтобетонной смеси на объект и укладки традиционными методами с использованием катков.
Горячая переработка на АБЗ имеет следующие преимущества:
- возможность постоянного контроля качества компонентов старого АБП;
- регулирование рецептуры смеси с учетом состава используемого гранулята;
- возможность использования до 80% старого материала без снижения рецептурных свойств свежей асфальтобетонной смеси.
Из недостатков горячей переработки в стационарных условиях отмечают следующие факторы:
- высокие затраты на перевозку демонтированного покрытия;
- высокая энергоемкость сушки и нагрева компонентов асфальтобетонной смеси;
- наличие канцерогенных углеводородов и минеральной пыли в дымовых выбросах.
Особенности горячего и холодного способов на месте проведения работ
Горячий способ, называемый также термопрофилированием асфальта, осуществляется непосредственно на месте ремонта дорожного полотна.
Для всех технологий термопрофилирования характерны следующие операции:
- разогрев верхнего слоя АБП;
- рыхление разогретого слоя;
- перемешивание разрыхленных компонентов;
- повторная укладка.
В зависимости от конкретной технологии горячего рецикклинга на различных стадиях техпроцесса могут использоваться операции по добавлению битума, введению пластификаторов или свежей асфальтобетонной смеси и т.п.
Технологии горячей переработки асфальтобетона на месте обладают следующими достоинствами:
- высокими физико-механическими показателями регенерированного асфальтобетона;
- простотой применения технологии;
- минимальным износом режущего инструмента;
- сохранением существующей геометрии покрытия;
- возможностью работ на одной полосе, не препятствуя движению по другой полосе;
- снижением стоимости ремонтно-монтажных работ;
- увеличением срока эксплуатации покрытия;
- сокращением сроков проведения ремонтных работ почти в два раза.
К недостаткам «горячего» метода относят:
- экологические проблемы – при нагреве улетучиваются пары старого битума;
- ухудшение пластичности битума при превышении температуры термообработки;
- сложности в организации работ, поскольку в «боевой» готовности должен находиться весь машинный комплекс, используемый в работе.
Работы по холодному рециклингу, проводимые на месте, выполняются в следующей последовательности:
- снятие холодным фрезерованием старого АБП на глубину 30 см и более;
- измельчение асфальтобетонного материала в барабане и одновременная его обработка битумной эмульсией;
- распределение обработанного гранулята ровным слоем по дорожной одежде;
- уплотнение нанесенного слоя;
- пропитка уплотненного слоя;
- заключительное уплотнение обычными дорожными катками.
Из достоинств холодного рециклинга на месте отмечают:
- малый расход энергии;
- экологическую чистоту технологии;
- сохранение целостности грунта, отсутствие его деформаций;
- качественную регенерацию покрытия.
Недостатки этой методики следующие:
- высокая стоимость оборудования (эмульгаторов и т.п.);
- необходимость четкой организации подготовительных работ и постоянного контроля над техническим состоянием используемой техники.
Заключение
Применение ресурсосберегающих технологий по использованию регенерированных старых асфальтобетонных материалов позволяет создавать адекватную замену определенной части компонентов асфальтобетонной смеси с соблюдением основных требований к качеству дорожных покрытий.
При этом существенно снижаются расходы на приобретение битума, экономятся энергоресурсы и материалы.
Источник: https://rcycle.net/pererabotka/starogo-asfalta-recykling-dorozhnogo-pokrytiya
