Введение

Асфальтобетон (обычно называемый асфальтом, чёрным покрытием или дорожным полотном в Северной Америке, а также термином «тармак» или битумным макадамом в Соединённом Королевстве и Республике Ирландия) — это композитный материал, широко используемый для покрытия дорог, парковок, аэропортов и тела насыпных плотин. Асфальтовые смеси применяются в дорожном строительстве с начала XX века. Он состоит из минерального заполнителя, скреплённого битумом (также известным как асфальт), укладывается слоями и уплотняется. Этот процесс был усовершенствован и модернизирован бельгийско-американским изобретателем Эдвардом Де Смедтом. Термины «асфальтобетон», «битуминозный асфальтобетон» и «битумная смесь» обычно используются только в инженерной и строительной документации, где бетон определяется как любой композитный материал, состоящий из минерального заполнителя, скреплённого связующим веществом. Аббревиатура AC иногда используется для обозначения асфальтобетона, но также может указывать на содержание асфальта или асфальтового цемента, относясь к жидкой асфальтовой фракции композитного материала.

Характеристики эксплуатационных характеристик дорожного полотна

Различные типы асфальтобетона обладают различными эксплуатационными характеристиками на дорогах в отношении долговечности покрытия, износа шин, эффективности торможения и уровня шума. В принципе, определение подходящих характеристик асфальтобетона должно учитывать интенсивность движения транспортных средств различных категорий и требования к верхнему слою дорожного покрытия. В целом, вязкость асфальта позволяет наносить его непосредственно для формирования выпуклой поверхности, что обеспечивает эффективный отвод воды с улиц и дорог. Это является преимуществом перед бетоном. Бетон можно выравнивать для придания различных форм и кривых, однако этот процесс не так оперативен, как при работе с асфальтобетоном. Тем не менее, недостатком асфальта является меньшая долговечность по сравнению с бетоном, и выбор материала поверхности определяется в зависимости от конкретной ситуации. Например, 60% межштатной автомагистральной сети США выполнено из бетона, который должен предусматривать систему дренажа. Асфальтобетон создает меньше дорожного шума, чем покрытие из портландцемента, и обычно тише, чем дорожное покрытие с щебеночным слоем. Поскольку шум от шин возникает в результате преобразования кинетической энергии в звуковые волны, увеличение скорости транспортного средства приводит к увеличению уровня шума. Концепция учета акустических аспектов при проектировании автомагистралей, включая выбор типа дорожного покрытия, возникла в начале 1970-х годов.

Деградация и восстановление

Ухудшение состояния асфальта может включать в себя крокодилообразные трещины, ямы, вспучивание, выкрашивание, просачивание битума, колеи, сдвиги, отслоение и просадки. В холодных климатических условиях морозное пучение может привести к растрескиванию асфальта даже за одну зиму. Заполнение трещин битумом – это временное решение, но только надлежащее уплотнение и дренаж могут замедлить этот процесс. Факторы, вызывающие разрушение асфальтобетона с течением времени, в основном относятся к одной из трех категорий: качество строительства, воздействие окружающей среды и транспортные нагрузки. Часто повреждения возникают из-за сочетания факторов во всех трех категориях. Качество строительства критически важно для долговечности покрытия. Это включает в себя устройство траншей для коммуникаций и других элементов, устанавливаемых в покрытие после его строительства. Недостаточное уплотнение поверхности асфальта, особенно в продольном шве, может сократить срок службы покрытия на 30–40%. Считается, что устройство служебных траншей в покрытии после его строительства сокращает срок службы покрытия на 50%, главным образом из-за недостаточного уплотнения в траншее, а также из-за проникновения воды через неплотно заделанные швы. Факторы окружающей среды включают в себя воздействие тепла и холода, наличие воды в основании или подстилающем слое грунта под покрытием, а также морозное пучение. Высокие температуры размягчают битумное вяжущее вещество, позволяя тяжелым шинам деформировать покрытие, образуя колеи. Парадоксально, но высокая температура и интенсивное солнечное излучение также вызывают окисление асфальта, делая его более жестким и менее эластичным, что приводит к образованию трещин. Низкие температуры могут вызывать трещины из-за сжатия асфальта. Холодный асфальт также менее эластичен и более подвержен растрескиванию. Вода, застрявшая под покрытием, размягчает основание и подстилающий слой, делая дорогу более уязвимой к транспортным нагрузкам. Вода под дорогой замерзает и расширяется в холодную погоду, вызывая и увеличивая трещины. Весной, при оттаивании, земля оттаивает сверху вниз, поэтому вода задерживается между покрытием и все еще замерзшим грунтом. Этот слой насыщенной почвы оказывает незначительную поддержку дороге, что приводит к образованию ям. Эта проблема более актуальна для суглинистых или глинистых почв, чем для песчаных или гравийных. В некоторых регионах действуют правила, ограничивающие допустимый вес грузовиков в период весеннего оттаивания, чтобы защитить дороги. Ущерб, наносимый транспортным средством, примерно пропорционален четвертой степени нагрузки на ось, поэтому удвоение веса, перевозимого осью, фактически увеличивает ущерб в 16 раз. Колеса вызывают небольшую деформацию дороги, что приводит к усталостным трещинам, которые часто приводят к образованию крокодилообразных трещин. Скорость транспортного средства также играет роль. Медленно движущиеся транспортные средства создают напряжение в дороге в течение более длительного периода времени, увеличивая образование колеи, трещин и неровностей на асфальтовом покрытии. Другие причины повреждений включают тепловое воздействие от пожаров транспортных средств или воздействие растворителей от химических разливов.

Предотвращение и восстановление деградации

Продолжительность службы дороги может быть увеличена за счет грамотного проектирования, строительства и обслуживания. При проектировании инженеры измеряют интенсивность движения, уделяя особое внимание количеству и типам грузовых автомобилей. Они также оценивают несущую способность основания, чтобы определить, какую нагрузку оно может выдержать. Толщина дорожного покрытия и подстилающего слоя рассчитывается с учетом воздействия колесной нагрузки. Иногда для усиления подстилающего слоя и повышения прочности дороги используются георешетки. Для отвода воды из дорожного полотна, предотвращающего ослабление основания и подстилающего слоя, применяются дренажные системы, включающие обочины, ливневые стоки и дренажные трубы. Покрытие асфальтобетона защитным слоем – это мера по техническому обслуживанию, которая помогает предотвратить проникновение воды и нефтепродуктов в дорожное покрытие. Регулярная очистка и обслуживание обочин и ливневых стоков продлевает срок службы дороги при минимальных затратах. Заполнение небольших трещин битумным герметиком предотвращает их увеличение из-за морозного разрушения или проникновения воды в подстилающий слой и его размягчения. Для дорог с более серьезными повреждениями может применяться щебеночно-асфальтобетонное покрытие или аналогичная обработка поверхности. По мере увеличения количества, ширины и длины трещин требуются более масштабные ремонтные работы. В порядке возрастания стоимости это могут быть тонкие асфальтобетонные слои, многослойные покрытия, фрезерование верхнего слоя и укладка нового, переработка дорожного покрытия на месте или полная реконструкция дорожного полотна. Поддержание дороги в хорошем состоянии значительно дешевле, чем ее ремонт после разрушения. Поэтому некоторые дорожные службы отдают приоритет профилактическому обслуживанию дорог в хорошем состоянии, а не реконструкции дорог в плохом. Дороги с недостаточным качеством ремонтируются по мере наличия ресурсов и бюджета. С точки зрения совокупной стоимости жизненного цикла и долгосрочных условий эксплуатации дорог, это обеспечивает более высокую эффективность системы. Дорожные службы, которые сосредотачиваются на ремонте плохих дорог, часто обнаруживают, что к моменту завершения работ дороги, которые ранее были в хорошем состоянии, уже пришли в негодность. Некоторые дорожные службы используют системы управления дорожным покрытием для определения приоритетов при проведении технического обслуживания и ремонта.

Переработка

Асфальтобетон – это материал, пригодный для переработки и повторного использования как непосредственно на объекте, так и на асфальтобетонных заводах. Наиболее распространенным переработанным компонентом в асфальтобетоне является рекультивированный асфальтобетон (RAP). В США RAP перерабатывается чаще, чем любой другой материал. Многие кровельные материалы также содержат асфальт, и асфальтобетонные смеси могут содержать рекультивированную асфальтовую кровельную черепицу (RAS). Исследования показали, что RAP и RAS могут заменять до 100% первичного заполнителя и битумного вяжущего в смеси, однако эта доля обычно ниже из-за нормативных требований и соображений производительности. В 2019 году новые асфальтобетонные смеси, произведенные в США, содержали в среднем 21,1% RAP и 0,2% RAS. Более подробную информацию о переработке, характеристиках и связанных с этим вопросах охраны здоровья и безопасности можно найти в разделе "Асфальтовая черепица". Методы переработки на месте позволяют восстанавливать дорожное покрытие путем измельчения существующего покрытия, его повторного смешивания и укладки на месте. К таким методам относятся рубление, горячая переработка на месте, холодная переработка на месте и полная переработка основания. Более подробную информацию о методах переработки на месте можно найти в разделе "Дорожное покрытие".

Выступление

В течение срока службы асфальтоцементный связующий материал, составляющий около 5–6% типичной асфальтобетонной смеси, естественным образом затвердевает и становится более жестким. Один из подходов к балансированию эксплуатационных характеристик РАП и РАС заключается в комбинировании переработанных компонентов с первичным заполнителем и первичным битумом. Этот подход может быть эффективным, когда содержание переработанных материалов в смеси относительно невелико. В Калифорнии законодательные требования обязывают Департамент транспорта включать резиновую крошку в состав асфальтобетонных материалов. К другим переработанным материалам, которые активно используются в асфальтобетонных смесях по всей территории Соединенных Штатов, относятся стальной шлак, доменный шлак и целлюлозные волокна. Омолаживающие добавки также могут производиться из переработанных материалов, включая отработанное моторное масло, отработанное растительное масло и отработанный растительный жир.