Особенности состава и структуры щебеночно – мастичного асфальтобетона. Преимущества дорожных покрытий из ЩМА и требования к ним

 

 В России основная доля (~90%) автомобильных дорог приходится на асфальтобетонные покрытия. Основные свойства таких покрытий связаны с их структурой (битумы, битумные вяжущие, минеральные материалы и т.д.). Большое влияние на качество композита оказывают не только свойства вяжущего и различных наполнителей, но и характер взаимодействия между ними.

 Асфальтобетон является ярким представителем из всех строительных материалов обладающим конгломератным типом структуры. Как и в других подобных материалах (щебеночно-мастичный асфальтобетон и др.), его структура характеризуется наличием грубозернистой смеси, сцементированной в искусственный конгломерат специально подобранным вяжущим веществом. Способность асфальтобетона разделяться на составные компоненты, которые в последующем образуют монолит, с сохранением первоначальных свойств показывает, что твердые и жидкие компоненты в асфальтобетоне контактируют, в основном, на поверхности раздела битум-минеральный материал.

В настоящее время в условиях постоянно растущего потока автотранспорта, появлением все более тяжелых и грузоподъемных видов машин приводит к увеличению нагрузки на дорожное полотно. Эти и многие другие проблемы заставляют обратить внимание на повышение качества автомобильных дорог. Во многих странах Европы, Америки данные проблемы успешно решаются с помощью применения асфальтобетонных смесей с повышенным содержанием прочного щебня и вяжущего - щебеночно-мастичные асфальтобетоны (ЩМА).

 В середине 60-х г. XX в. в Германии с увеличением роста количества автомобилей и появлением шипованной резины, на трассах стали образовываться колеи, которые с точки зрения безопасности дорожного движения подобны гололеду. Тогда была предложена и испытана технология заливки колеи специальной мастикой, которая присыпалась щебнем и уплотнялась. Мастика состояла из песка (40-50% от массы состава) фракции 0-2 мм, минерального порошка (30-35%) и битума (25%), изготавливалась на специальных машинах с миксером при 250 °С. Затем мастика вручную распределялась по поверхности и присыпалась щебнем толщиной 5-8 мм. Полученную смесь прикатывали катком. Следующим этапом было изготовление ЩМА на АБЗ. Состав смеси: 75% щебня фракции 5-8 мм, 15% песка фракции 0-2 мм, 10% минерального порошка, 7% битума от общей массы, все эти компоненты смешивались при температуре 180 °С. Недостатком технологии было вытекание связующего в процессе транспортировки смеси. В результате успешно проведенных опытных испытаний был разработан оптимальный состав асфальтобетона, который получил название «Stone-Mastic Asphalt», а 30 июля 1968 года был получен патент на идею использования «натуральных волокон» в качестве стабилизирующей добавки. Именно волокна не позволяли вяжущему стекать в процессе транспортировки. Данный вид дорожного покрытия успешно зарекомендовал себя в последующие годы, и в 1984 году появился первый национальный стандарт на щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси (ЩМАС). С тех пор эти покрытия распространились по ведущим странам мира и Европы. В России первые опытные участки с покрытиями из ЩМАС появились в 2000 году, сейчас ежегодный прирост дорог с использованием данной технологии составляет 15-20%.

Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) – рационально подобранная смесь минеральных материалов (щебня, песка из отсевов дробления и минерального порошка), дорожного битума (с полимерными или другими добавками или без них) и стабилизирующей добавки, взятых в определенных пропорциях и перемешанные в нагретом состоянии, разработанная для укладки верхнего слоя покрытия толщиной от 3 до 6 см, на дорогах с высокой интенсивностью движения и грузонапреженностью.

Щебеночно-мастичный асфальтобетон – уплотненная с линейной нагрузкой от 22 до 30 кг/см2 щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, которая обеспечивает высокие показатели водонепроницаемости, сдвигоустойчивости и шероховатости покрытия.

За счет высокого содержания кубовидного щебня узких фракций (70-80%), которые в полотне плотно прилегают друг к другу, песка, вяжущего и волокнистой стабилизирующей добавки при устройстве дорожного покрытия формируется устойчивый и прочный каркас. Высокое сопротивление деформации возникает благодаря трению внутри щебеночной основы. Для получения качественной асфальтобетонной смеси щебень нужно брать из прочных, трудно шлифуемых горных пород и песка из отсевов дробления. Высокое содержание битума, по сравнению с традиционными горячими смесями (5,5 - 7,5 %), обеспечивает полное обволакивание основы из щебня и сводит к минимуму пустоты, что препятствует проникновению влаги внутрь. В результате повышаются устойчивость покрытия к старению и растрескиванию, а также водо- и морозостойкость.

 Принципиальная разница между ЩМА и обычным асфальтобетоном заключается в его жесткой каркасной структуре, которая передает нагрузку с поверхности в нижележащие слои через непосредственно контактирующие между собой частицы каменного материала, тем самым снижая деформацию как в поперечном, так и в продольном направлении. Вся нагрузка от катков (при уплотнении слоя) и от транспорта (при эксплуатации покрытия) воспринимается отдельными крупными зернами щебня, который составляет основную структуру ЩМА, а мелкий служит совместно с вяжущим только для создания своего рода мастики, плотно заполняющей пустое пространство в щебеночном каркасе. Отсутствие зерен природного песка приводит к тому, что под действием внешних нагрузок минеральные зерна не перемещаются, заполняя поровое пространство, как это происходит в слое из высокоплотного асфальтобетона с высоким содержанием щебня (50-60%) типа А (ГОСТ 9128-2009)