Кіріспе
Асфальт бетон (Солтүстік Америкада көбінесе асфальт, қара төбе немесе жамылғы, ал Ұлыбританияда және Ирландия Республикасында асфальт немесе битум макадамы деп аталады) – жолдардың бетін, тұрақтарды, әуежайларды және тоғандардың негізін жабуға кеңінен қолданылатын композиттік материал. Асфальт қоспалары 20-шы ғасырдың басынан бері жол салуда қолданылып келеді. Ол битуммен (сонымен қатар асфальт деп те аталады) байланыстырылған минералды құмдардан тұрады, қабаттап салынып, тығыздалады. Бұл процесті бельгиялық-американдық ойлап табушы Эдвард Де Смедт жетілдірді. Асфальт (немесе асфальттық) бетон, битумды асфальт бетон және битумды қоспа терминдері инженерлік және құрылыс құжаттарында ғана қолданылады, онда бетон – минералды құмдардан және байланыстырғыш заттан тұратын кез келген композиттік материал деп анықталады. АС деген аббревиатура кейде асфальт бетонды білдірсе, сонымен қатар асфальттың мөлшеріне немесе асфальт цементіне, яғни композиттік материалдың сұйық асфальт бөлігіне де қатысты болуы мүмкін.
Asphalt concrete (commonly called asphalt, blacktop, or pavement in North America, and tarmac or bitumen macadam in the United Kingdom and the Republic of Ireland) is a composite material commonly used to surface roads, parking lots, airports, and the core of embankment dams. Asphalt mixtures have been used in pavement construction since the beginning of the twentieth century. It consists of mineral aggregate bound together with bitumen (also known as asphalt), laid in layers, and compacted. The process was refined and enhanced by Belgian American inventor Edward De Smedt. The terms asphalt (or asphaltic) concrete, bituminous asphalt concrete, and bituminous mixture are typically used only in engineering and construction documents, which define concrete as any composite material composed of mineral aggregate adhered with a binder. The abbreviation, AC, is sometimes used for asphalt concrete but can also denote asphalt content or asphalt cement, referring to the liquid asphalt portion of the composite material.
Жол жүрісі сипаттамалары
Асфальт бетонның әртүрлі түрлері жол төсемінің беріктігі, шина тозуы, тежеу тиімділігі және жол шуы тұрғысынан әртүрлі эксплуатациялық сипаттамаларға ие. Қағида бойынша, асфальттың тиісті эксплуатациялық сипаттамаларын анықтауда әрбір көлік санатындағы көлік қозғалысының көлемі және жолдың жоғарғы қабатының талаптары ескерілуі керек. Жалпы, асфальттың тұтқырлығы оны тікелей қолданып, дөңес бет пішімдеуге мүмкіндік береді, бұл көшелер мен жолдарда су ағызуды жеңілдететін ыңғайлы тәсілді ұсынады. Бұл бетоннан артықшылық. Бетонды түрлі пішіндер мен қисықтарға келтіруге болады, бірақ бұл әдіс асфальт бетонмен салыстырғанда жылдам емес. Дегенмен, асфальттың кемшілігі ретінде бетонның беріктігі жоғары, ал беткі қаптаманы таңдау жағдайға байланысты осы факторға қарай бағаланады. Мысалы, АҚШ-тың мемлекетаралық тас жолдар жүйесінің 60% бетоннан жасалған, және оларда суды кетіру әдісі болғаны жөн. Асфальт бетон Портленд цементінен жасалған бетке қарағанда аз жол шуын тудырады, және әдетте, ұсақ таспен жабылған беттерге қарағанда тыныш. Өйткені дөңгелек шуы кинетикалық энергияны дыбыс толқындарына айналдыру арқылы пайда болады, сондықтан көліктің жылдамдығы артқан сайын шу деңгейі де артады. Тас жолдарды жобалау кезінде акустикалық инженериялық факторларды, соның ішінде төсеу материалының түрін таңдауды ескеру қажеттігі туралы ой 1970 жылдардың басында туды.
Деградация және қалпына келтіру
Асфальттың бұзылуына крокодил тәрізді жарықтар, шұңқырлар, иілулер, бұзылу, қан кету, ойылу, итерілу, қабыршақтану және сыныптық ойыстар кіруі мүмкін. Суық климатта мұз көтерілуі бір қыста асфальтты жарылуы мүмкін. Жарықтарды битуммен толтыру уақытша шешім, бірақ дұрыс тығыздау және дренаж ғана осы процесті баяулатуға көмектеседі. Асфальт бетонның уақыт өте келе нашарлауына себеп болатын факторлар көбінесе үш санаттың біріне жатады: құрылыс сапасы, қоршаған орта факторлары және көлік жүктемелері. Көбінесе зақымдану осы үш санаттағы факторлардың үйлесуінен туындайды. Құрылыс сапасы төсеме өнімділігі үшін маңызды. Бұл құрылыстан кейін төсемеге орналастырылған коммуникациялық траншеялар мен жабдықтарды салуды қамтиды. Асфальт бетінде, әсіресе бойлық тігісте тығыздаудың жетіспеуі төсеме өмірін 30-40%-ға дейін қысқартуы мүмкін. Құрылыстан кейін төсемеде жасалған қызметтік траншеялар төсеме өмірін 50%-ға дейін қысқартуы мүмкін, негізінен траншеяда тығыздаудың жетіспеуінен және дұрыс жабылмаған тігістер арқылы судың енуінен. Қоршаған орта факторларына жылу мен суық, төсеме астындағы немесе негізгі топырақтағы судың болуы және мұз көтерілуі жатады. Жоғары температура асфальт байланыстырғышын жұмсартады, соның салдарынан ауыр дөңгелек жүктемелері төсемені деформациялап, ойыстарға айналдырады. Қарапайым айтқанда, жоғары температура мен күшті күн сәулесі асфальттың тотығуына да себеп болады, ол қаттырақ және серіксіз болып, жарықтардың пайда болуына әкеледі. Суық температура асфальт жиырылғанда жарықтардың пайда болуына себеп болуы мүмкін. Суық асфальт та серіксіз болады және жарылуға бейім. Төсеме астындағы су негізді және негізгі топырақты жұмсартады, бұл жолды көлік жүктемелеріне осал етеді. Жол астындағы су суық ауа райында қатып, кеңейіп, жарықтардың пайда болуына және үлғаюына себеп болады. Көктемгі еріген кезде жер үстінен төмен қарай еруге басталады, сондықтан су төсеме үстінде және әлі де тоңған топырақ астында қалады. Бұл қабатталған топырақ жолға жеткілікті тіреу бермейді, нәтижесінде шұңқырлар пайда болады. Бұл құмды немесе қиыршықты топыраққа қарағанда сазды немесе балшықты топырақтар үшін үлкен мәселе. Кейбір юрисдикциялар көктемгі мұз еріген кезде жүк көліктерінің рұқсат етілген салмағын азайту және жолдарын қорғау үшін мұзға қарсы заңдар қабылдайды. Көлік құралының келтіретін зақымы шамамен осі жүктемесінің төртінші дәрежесіне пропорционалды, сондықтан осі көтеретін салмақты екі есе көбейту 16 есе көп зақымға әкеледі. Дөңгелектер жолдың сәл иілуіне себеп болады, нәтижесінде шаршау жарылысы пайда болады, бұл көбінесе крокодил тәрізді жарықтарға әкеледі. Көлік жылдамдығы да маңызды рөл атқарады. Баяу қозғалатын көліктер жолға ұзақ уақыт бойы күш түсіреді, асфальттағы ойыстарды, жарықтарды және толқындарды арттырады. Басқа зақымдану себептеріне көлік өртіндегі жылу зақымдануы немесе химиялық заттардың төгілуінен туындаған еріткіш әсері жатады.
Жарақаттың алдын алу және қалпына келтіру
Жолды дұрыс жобалау, салу және күтіп ұстау арқылы оның қызмет ету мерзімін ұзартуға болады. Жобалау кезінде инженерлер жолдағы қозғалысты өлшейді, жүк көліктерінің саны мен түріне ерекше назар аударады. Олар сондай-ақ жер қойнауының қаншалықты жүк көтеретінін бағалайды. Жол төсемінің және астыңғы қабаттың қалыңдығы дөңгелектердің жүктемесіне төтеп беру үшін есептеледі. Кейде геоторлар астыңғы қабатты нығайту және жолдарды қосымша күшейту үшін қолданылады. Суды жол төсегінен алып тастау үшін арықтар, дауылдық және жер асты дренаждар қолданылады, бұл жер асты мен жер қойнауының әлсіреуіне жол бермейді. Асфальтты жабу – бұл су мен мұнай өнімдерін жол төсеміне сіңіп кіргізбеуге көмектесетін күтім шарасы. Арықтар мен дауылдық дренаждарды күтіп ұстау және тазалау жолдың қызмет ету мерзімін аз шығынмен ұзартады. Кішкентай жарықтарды битумдық материалмен тығыздау судың қырау салдарынан жарықтарды кеңейтуіне немесе астыңғы қабатқа сіңіп, оны жұмсартуына алдын алады. Жағдайы нашарлау жолдарға кезінде ұсақ тас себу немесе ұқсас беттік өңдеу қолданылуы мүмкін. Жарықтардың саны, ені және ұзындығы артқан сайын, күрделі жөндеу қажет болады. Жалпы шығын көтерілу ретімен, олар жұқа асфальт төсеу, көп қабатты асфальт төсеу, жоғарғы қабатты ұсатып, қайта төсеу, орнында қайта өңдеу немесе жолдың толық тереңдігін қалпына келтіруді қамтиды. Жолды жақсы күйде ұстау, оны бүлінгеннен кейін жөндеуден гөрі әлдеқайда арзан. Сондықтан кейбір мекемелер жақсы күйдегі жолдардың алдын ала күтімін нашар күйдегі жолдарды қайта жаңартудан гөрі басымдыққа қояды. Жақсы жолдар ресурстар мен бюджет болған жағдайда жаңартылады. Өмірлік циклге қарағандағы шығындар және ұзақ мерзімді жол жағдайы тұрғысынан қарағанда, бұл жүйе тиімділігін арттырады. Жаман жолдарды қалпына келтіруге күш салатын мекемелер, оларды жөндегеннен кейін, бұрын жақсы күйде болған жолдардың нашарлағанын байқайды. Кейбір мекемелер жолдарды басқару жүйесін күтім мен жөндеуді басымдыққа қою үшін пайдаланады.
Қайта өңдеу
Асфальт бетон – қайта өңдеуге болатын материал, оны құрылыс орнында да, асфальт зауыттарында да қайта өңдеуге және пайдалануға болады. Асфальт бетонның ең көп таралған қайта өңделген компоненті – рекультивацияланған асфальт төсемі (RAP). АҚШ-та RAP кез келген басқа материалдан көбірек қайта өңделеді. Көптеген шатыр жабындарының құрамында асфальт болады, ал асфальт-бетон қоспаларында қайта өңделген асфальт шатыр жабындары (RAS) болуы мүмкін. Зерттеулер RAP және RAS қоспаның құрамындағы табиғи құм мен асфальт байланыстырғыштың 100%-ға дейін алмастыра алатынын көрсеткен, бірақ бұл көрсеткіш әдетте нормативтік талаптар мен жұмыс көрсеткіштеріне байланысты төмен болады. 2019 жылы АҚШ-та өндірілген жаңа асфальт төсеу қоспаларының құрамында орташа есеппен 21,1% RAP және 0,2% RAS болды. RAS өңдеу, жұмыс істеу және денсаулық пен қауіпсіздік мәселелері туралы толық ақпарат алу үшін «Асфальт шатыр жабындары» бөлімін қараңыз. Орында қайта өңдеу әдістері жолдарды қалпына келтіруге мүмкіндік береді, бұл үшін қолданыстағы төсемді қайта өңдеу, араластыру және сол жерде қайта жабу жүргізіледі. Орында қайта өңдеу техникаларына: ұсату, ыстық орында қайта өңдеу, суық орында қайта өңдеу және толық тереңдікте қайта өңдеу кіреді. Орындағы әдістер туралы толық ақпаратты «Жол беті» бөлімінен қараңыз.
Өнер көрсету
Қызмет ету мерзімі ішінде асфальт-цементті байланыстырғыш, ол әдеттегі асфальт-бетон қоспасының шамамен 5-6% құрайды, табиғи түрде қатаяды және беріктейді. Қайта өңделген асфальт бетон (RAP) және қайта өңделген асфальт шаянының (RAS) өнімділік аспектілерін теңдестірудің бір жолы – қайта өңделген компоненттерді жаңа ірі ұсақ материалдармен және жаңа асфальт байланыстырғышымен біріктіру. Бұл тәсіл қоспадағы қайта өңделген материалдың мөлшері салыстырмалы түрде төмен болғанда тиімді болуы мүмкін. Калифорнияда заңнамалық талаптар Көлік департаментін асфальт төсеу материалдарына ұсақталған резеңке енгізуге міндеттейді. АҚШ бойынша асфальт-бетон қоспаларына белсенді түрде қосылатын басқа да қайта өңделген материалдар: болат шлагы, домен шлагы және целлюлоза талшықтары. Жаңартушылар да қайта өңделген материалдардан, соның ішінде қолданылған қозғалтқыш майынан, қолданылған өсімдік майынан және қолданылған өсімдік майынан жасалуы мүмкін.