Регенерация (омоложение) старого асфальтобетона

При реконструкции автомобильных дорог широкое распространение находят методы регенерации и повторного использования мате­риалов дорожных одежд.

Регенерация в переводе с латинского языка – восстановление, возрождение. Применительно к дорожным одеждам и покрытиям ре­генерация означает восстановление прочностных свойств, ровно­сти, сплошности и т.д. Применительно к асфальтобетону регенерация – это обработка или переработка старого асфальтобетона с целью улучшения его свойств.

Необходимо различать термины «регенерация» и «повторное использование» материалов старого покрытия. По­вторное использование материалов старого покрытия может осуще­ствляться без регенерации, то есть восстановления или улучшения свойств этого материала. Так, гранулят старого асфальтобетона может быть использован для укрепления обочин.

Регенерация предполагает восстановление свойств материала и его повторное использование.

Существует большое количество методов регенерации и повтор­ного использования материалов, которые могут быть применены при реконструкции автомобильных дорог. Все эти методы объединяются в группы:

- методы горячей регенерации на дороге с использо­ванием различных способов разогрева, разрыхления и улучшения свойств старого асфальтобетона с последующей укладкой его в по­крытие;

- методы холодной регенерации на дороге, когда материал старого асфальтобетонного покрытия снимается холодным фрезерованием, обрабатывается битумной эмульсией с последующей укладкой в нижний слой нового покрытия;

- методы холодно-горячей регенерации (комбинированные методы), при которых материал существующего покрытия срезается холодным фрезерованием с последующим использованием полученного гранулята в передвижных смесительных или стационарных установках в качестве добавки к новому асфальтобетону. Возможна переработка гранулята с разогревом, добавлением нового щебня и битума в смесительных установках с последующим использованием в слоях покрытия. Во всех случаях количество гранулята при использовании в качестве добавки к новому асфальтобетону или количество добавок при переработке определяется при лабораторных испытаниях в соответствии с действующими ГОСТами.

При горячей регенерации асфальтобетонных покрытий при реконструкции автомобильных дорог применяются следующие методы.

Термопрофилирование. Метод заключается в выравнивании асфальтобетонного покрытия без добавления новой смеси. Асфальтобетонное покрытие нагревается инфракрасными горелками или разогретым сжатым воздухом до температуры 120–180 °С на глубину 2–6 см (в зависимости от скорости ветра и начальной температуры покрытия), фрезеруется и укладывается в покрытие. Современные машины ремиксеры обеспечивают коэффициент уплотнения асфальтобетонного покрытия 0,95–0,97.

Метод применим, если по данным лабораторных испытаний введение каких-либо добавок не требуется, если битум без признаков старения. Способом термопрофилирования ремонтируются асфальтобетонные покрытия с водонасыщением не более 4 %.

Термопластификация. Метод состоит в том, что в процессе перемешивания разогретого отфрезерованного старого асфальтобетона в мешалку добавляется пластификатор (иначе называемый присадкой для омолаживания ГСА или битума), улучшающий свойства битума, в количестве 0,1–0,6 % от массы смеси. Новый асфальтобетон не добавляется.

Работы выполняются ремиксером. Толщина обновляемого слоя до 50 мм. В качестве пластификатора используются масла нефтяного происхождения с содержанием ароматических углеводородов не менее 25 % по массе. К ним относятся ренобит, зеленое масло, экстракты селективной очистки масляных фракций нефти.

Отличие этой технологии состоит в разогреве асфальтобетонного покрытия не горелками инфракрасного излучения, а нагретым до 600 °С воздухом, который нагнетается в поры асфальтобетона под давлением, создаваемым компрессором с последующей откачкой (вакуумированием) воздуха. Нагрев воздуха производится газом или ди­зельным топливом. Разогревающее устройство в виде герметического кожуха плотно прижимается к поверхно­сти покрытия, в который накачивается горячий воздух с одной стороны при одновременном отсасывании вакуумным насосом с другой. Для повышения эффекта прогре­вания слоя асфальтобетона в нем предварительно просверливаются отверстия. От­каченный из кожуха горячий воздух поступает в компрессор, то есть циркулирует по замкнутому контуру, что способствует снижению потерь тепловой энергии при разогреве асфальтобетонного покрытия по сравнению с разогревом горелками инфракрасного излучения, исключается пережог смеси и выделение выбросов газа, дыма и пыли в атмосферу. Ширина обрабатываемой полосы может изменяться от 3,3 до 4,0 м, глубина разогрева до 50 мм, скорость движения комплекта от 5 до 7 м/мин. В течение смены комплект обрабатывает полосу длиной около 3 км. Общая длина комплекта в работе составляет 75 м.

Термоукладка или ремикс-плюс. Метод кроме основных операций предусматривает добавление новой смеси в виде дополнительного слоя усиления или защитного слоя асфальтобетона. При этом уплотнение регенерированного и нового слоев асфальтобетона производится одновременно.

Этот способ позволяет ремонтировать асфальтобетонные покрытия с большими амплитудами неровностей, более глубокими колеями, значительной ямочностью, неудовлетворительными поперечными уклонами и более высоким водонасыщением (до 6 %).

Новая технология горячей регенерации асфальтобетонных покрытий разработана фирмой «Мартек» (Канада), выпускающая комплект машин AR2000. Комплект состоит из двух предварительных разогревателей, нагревателя-фрезеровщика, горячего смесителя, укладчика и катков.

Схема термосмесителя ДЭ-232: 1 – приемный бункер для новой асфальтобетонной смеси; 2 – транспортер; 3 – промежуточный бункер для новой смеси; 4 – емкости для газа; 5 – трамбующий брус и вибрационная вы­глаживающая плита; 6 – шнек; 7, 11, 12, 13 – панели горелок ин­фракрасного излучения; 8 – отвал со смесителем; 9 – шнек-фре­за; 10 – обогреваемый транспортер  

Одной из основных операций при горячей регенерации является разогрев верхнего слоя асфальтобетонного покрытия на глубину рыхления, которая принимается не менее минимальной допустимой толщины регенерированного слоя. Эта тол­щина принимается, исходя из крупности зерен минеральной части асфальтобетона:

- 20 мм для песчаных смесей;

- 25 мм для щебеночных смесей с зернами размером до 15 мм;

- 35 мм для щебеночных смесей с зернами размером до 20 мм.

В большинстве случаев глубина разогрева принимается от 30 до 60 мм в зависимости от толщины верхнего слоя асфальтобетона и максимальной глубины рыхления.

Основная задача заключается в плавном разогреве обрабатываемого слоя асфальтобетона до температуры его переработки, которая колеблется в пределах от 100 до 150 °С, реже до 180–200 °С. Обычно разогрев производится в две ступени. На первой ступени асфальторазогревателем до температуры 90–100 °С, на второй – термосмесителем до температуры 140–150 °С или выше.

Режим разогрева слоя регулируется изменением давления в газо­вой системе, положения панелей над поверхностью покрытия или скорости движения.

Укладка смеси ведется на горячее основа­ние, что улучшает процесс сцепления верхнего и нижнего слоев.

В результате за один проход ремиксера получается новое, более прочное покрытие, устраняются колеи, трещины и неровности (рис. 32).

Работы по термосмешению можно производить при температуре воздуха не ниже 20 °С, с применением дополнительного разогревателя – при температуре воздуха не ниже 5 °С. Скорость ветра не должна превышать 7 м/с. При большей скорости ветра возрастают потери тепловой энергии и задувание горелок.

Термосмешение. Из большой группы методов горячей регенерации при реконструкции автомобильных дорог наиболее широко применяется метод термосмешения, заключающийся в выравнивании и восстановлении формы покрытия с добавлением новой смеси с перемешиванием со старой смесью. В России для реализации этой технологии применяются термосмеситель ДЭ-232 и асфальторазогреватель ДЭ-234. Термосмеситель ДЭ-232 позволяет за один проход обрабатывать полосу шириной 4 м с глубиной рыхления асфальтобетона до 4,0 см. Рабочая скорость 3 м/мин, а транспортная до 7 км/ч, масса машины 40 т.

За рубежом выпускается большое количество различных модификаций ремиксеров. В России наибольшее распространение получили ремиксеры фирмы «Виртген», ФРГ.

Метод термосмешения применяется в случае, если на существующем покрытии есть дефекты в виде трещин, сетки трещин, шелушения, а также при необходимости усиления старого покрытия. Для этого к отфрезерованному после разогрева материалу старого покрытия добавляется новый материал в количестве, определенном лабораторными испытаниями, в среднем 50 кг/м² при ремонте без усиления и до 150 кг/м² при ремонте с усилением.

Старый и новый материал (асфальтобетонная смесь) перемешивается в мешалке, которыми оснащены все модификации ремиксеров, после чего укладывается в один слой покрытия. Глубина фрезерования старого покрытия может достигать 50–60 мм.

Технологический процесс метода термосмешения включает в себя следующие основные операции (рис. 33):

- подготовительные работы, к которым относится установка дорожных знаков, ограждение места производства работ, подготовка машины и оборудования, установка копирных струн, загрузка новой смеси в приемный бункер и др.;

- предварительный и окончательный разогрев существующего по­крытия;

- рыхление или фрезерование старого покрытия с подачей материала в смеситель;

- подача в смеситель нового материала и перемешивание его со старым с добавкой присадки для размягчения битума;

- распределение и предварительное уплотнение асфальтобетон­ной смеси;

- окончательное уплотнение слоя покрытия.

Основные технологические операции регенерации асфальто­бетонного покрытия по методу термосмешения: 1 – предварительный разогрев покрытия горелками инфракрас­ного излучения; 2 – доставка новой асфальтобетонной смеси; 3 – рыхление, фрезерование, перемешивание старого материала с новым, распределение и предварительное уплотнение; 4 – окончательное уплотнение  

Оборудование для выполнения этих операций состоит из трех па­нелей горелок инфракрасного излучения для предварительного разо­грева, смонтированных на отдельном шасси (разогреватель типа ДЭ-234), и собственно термосмесителя типа ДЭ-232, с состав которого входят несколько блоков (панелей) нагревательных газовых горелок, емкости для сжатого газа, приемный бункер для новой смеси, рыхли­тель-фреза, шнековый питатель для подачи нового материала в смеситель, мешалка (смеситель) принудительного действия, шнеко­вый разравниватель и планирующая плита и вибробрус для предвари­тельного уплотнения. Аналогичные операции выполняют зарубежные ремиксеры (рис. 34).

Эффективность работы комплекта особенно высока при больших объемах работ. Технология ремикс-плюс применена на дорогах Канады, США и Италии.

Методы холодной регенерации включают снятие и размельчение материала слоев асфальтобетонного покрытия, их обработку органическим или минеральным вяжущим с добавлением или без добавления новых минеральных материалов, укладку и уплотнение.

Основной технологической операцией холодной регенерации являются фрезерование материалов слоев существующей дорожной одежды, которая выполняется холодными фрезами.

В настоящее время в России и за рубежом выпускается большое количество модификаций ма­шин для фрезерования дорожных покрытий, которые отличаются шириной и глубиной фрезерования, рабочей скоростью, что и определяет их производительность.

Основным рабочим органом машины для фрезерования является режущий барабан, или фрезерный вал, на котором установлены сменные резцы с твердосплавными наконечниками

Резцы расположены по двухзаходной винтовой линии и осуществляют встречное резание снизу вверх при движении машины.

Производительность машины зависит от прочности покрытия, прочности заполнителя, его гранулометрического состава.

При холодном фрезеровании гранулометрический состав асфальтобетонной смеси в покрытии практически не изменяется, полученный гранулят покрыт вяжущим, что позволяет его использовать для приготовления новой смеси с минимальным расходом битума или битумной эмульсии.

Холодным фрезерованием можно снимать старое покрытие послойно и отделять материал верхнего слоя из мелкозернистого асфальтобетона от материала нижнего слоя из крупнозернистого асфальтобетона с последующей укладкой в слои покрытия дорожной одежды.

Холодное фрезерование дорожного покрытия при реконструкции автомобильных дорог применяется для снятия старого покрытия, пораженного трещинами, для предупреждения их выхода на новое асфальтобетонное покрытие в виде отраженных трещин; для восстановления поперечного профиля дорожной одежды, устранения колей, выбоин и других деформаций; уменьшения веса дорожной одежды на мостах и путепроводах; сохранения высоты бордюров и отметок водосборных, водоотводящих и дренажных систем в населенных пунктах, на городских улицах.

Глубина фрезерования зависит от состояния покрытия. Одним проходом фрезы снимается верхний слой асфальтобетонного покрытия с последующей укладкой нового покрытия из одного или нескольких слоев.

Полученный при холодном фрезеровании гранулят может быть повторно использован с переработкой на дороге в передвижной установке или на стационарном асфальтобетонном заводе.

Одним из способов использования гранулята на дороге является его использование в режиме холодной переработки. В этом способе снятый материал смешивается с жидким битумом, битум­ной эмульсией или вспененным битумом, цементом или комплексным вяжущим (битумная эмульсия или вспененный битум и цемент)

Для реализации этой технологии используются ресайклеры различных модификаций, выпускаемые зарубежными производителями. Ресайклеры для асфальтобетонных покрытий оборудованы фрезой с резцами на удлинителях, причем длина удлинителей обеспечивает заданную глубину фрезерования, емкостями для цемента и битума с дозаторами. При необходимости добавки минеральных материалов щебень рассыпают слоем по поверхности существующего покрытия. При проходе ресайклера он с одновременным фрезерованием асфальтобетонного покрытия на глубину, указанную в проекте, осуществляет перемешивание нового минерального материала с гранулятом, а также с битумом, цементом или комплексным вяжущим

В результате после прохода ресайклера получается укрепленный добавками слой дорожной одежды, поверх которого после уплотнения укладываются слои асфальтобетонного покрытия, указанные в проекте.

В НПО «РосдорНИИ» разработан метод повторного использования гранулята путем изготовления асфальтогранулобетонной смеси (АГБ-смеси), укладки и уплотнения.

АГБ-смесь приготавливается в смесительной установке на асфальтобетонном заводе с принуди­тельным перемешиванием в холодном состоянии асфальтобетонного гранулята с добавками щебня фракций 5–25 мм (если необходимо), цемента, катионной битумной дорожной эмульсии и воды смачивания, если влажность гранулята ниже 1 %.

Добавки в гранулят вводятся в следующем порядке: щебень, вода смачивания, эмульсия, цемент.

При приготовлении АГБ-смеси может быть использован гранулят, полученный как при послойном, так и однопроходном фрезеровании существующего покрытия. Кривая гранулометрического состава гранулята должна вписываться в границы составов для пористых и высокопористых смесей. Зерен щебня крупнее 5 мм должно быть не менее 35–40 %. Если это условие не выполнено, необходима добавка нового щебня к грануляту.

Рекомендуемое количество компонентов по массе гранулята должно составлять:

битумной эмульсии - 2–4 %;

портландцемента - 2–5 %;

воды - 4–6 %.

Приготовленная смесь укладывается на подготовленном основа­нии при температуре воздуха не ниже 0 °С с уплотнением звеном катков.

Движение автотранспорта с ограничением скорости до 40 км/ч можно открывать через 2 часа (после испарения влаги), укладку защитных слоев из асфальтобетона – через 4–5 часов.

Вся технология может быть реализована в двух вариантах:

а) ведущая машина – фрезеровальная машина. В этом случае перемешивание и укладка смеси производятся в передвижном смесителе;

б) ведущая машина – ремиксер, который выполняет операции по фрезерованию, перемешиванию и укладке смеси.

Методы холодно-горячей регенерации (комбинированные методы) делятся на две группы:

а) с переработкой старого асфальтобетона на дороге в передвижных смесительных установках;

б) с переработкой старого асфальтобетона на стационарных асфальтобетонных заводах.

Технология холодно-горячей регенерации с переработкой старого асфальтобетона на дороге в передвижной смесительной установке включает следующие операции:

- на очищенное от пыли и грязи покрытие распределяется равномерный слой щебня на полосу регенерации. Новый щебень добавляется в количестве 50–70 % от объема сфрезерованного гранулята;

- холодной фрезой снимается верхний слой покрытия, измельчается, одновременно перемешивается с новым щебнем и выкладывается в виде вала на полосе фрезерования;

- погрузчиком-питателем смесь гранулята и щебня подается в сушильный барабан, движущимся за холодной фрезой асфальтосмесительной установки, в которой смесь высушивается и подогревается до рабочей температуры;

- горячая смесь подается в смесительное отделение асфальтосмесителя и перемешивается с добавкой битума в количестве 5–7 % от массы нового щебня.

- из смесителя готовая смесь выгружается в приемный бункер асфальтоукладчика, распределяется и предварительно уплотняется;

- окончательное уплотнение производится комплектом катков.

Общая толщина асфальтобетонного покрытия по указанной технологии увеличивается на 2–4 см. Сверху укладывается защитный слой в виде поверхностной обработки или слой износа из новой асфальтобетонной смеси.

В городских условиях переработка гранулята производится на стационарных асфальтобетонных заводах, для обеспечения высокого качества регенерированного асфальтобетона.