Использование полимерно-битумных вяжущих материалов при строительстве и реконструкции автомобильных дорог

Строительная индустрия является основой экономики любого государства, местом трудоустройства миллионов людей и одним из главных инструментов сохранения и увеличения денежной массы населения, предотвращения резких обвалов на финансовом рынке и в реальном секторе экономики. Дорожное хозяйство и связанные с ним отрасли являются наиболее динамичными и активно развиваются в Воронежской области и соседних регионах, начиная с 2009 года. Это обусловлено тем, что модернизация имеющихся автодорог и развитие дорожной инфраструктуры городов и регионов Центрального и Южного федеральных округов является одним из главных приоритетов экономической политики в стране на ближайшие 5 лет. Одной из наиболее эффективных инновационных технологий в дорожном строительстве является использование асфальтобетонных покрытий, изготовленных с использованием полимерно-битумных вяжущих. Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) на основе термоэластопластов являются качественно новым материалом, позволяющим повысить срок службы дорожного покрытия. По сравнению с нефтяными дорожными битумами полимерно-битумные вяжущие обладают новым комплексом свойств, существенно отличающихся от свойств исходных битумов: эластичностью, трещиностойкостью, широким интервалом пластичности, повышением прочности при растяжении. Использование ПБВ обеспечивает снижение совокупной стоимости строительства автодорог на 30%, повышение срока службы дорожного покрытия в 2-3 раза, а также снижение шума на дороге в 3-4 раза, за счет применения ПБВ происходит снижение среднегодовых расходов на содержание дорог на 55-60%. Экономия дорожного бюджета РФ от использования полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) составит 100 млрд. рублей в год. Кроме того, за счет применения ПБВ происходит снижение среднегодовых расходов на содержание дорог на 55-60%. Суммарная мощность по ПБВ в 2014 году в России составит 400 тыс. тонн.

В ЧЁМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ОРИГИНАЛЬНОСТЬ ИДЕИ:

Получаемый в результате затвердевания уплотненной асфальтобетонной смеси (АБС) асфальтобетон (асфальт) – распространенный строительный материал. Применяется для устройства автомобильно-дорожных и аэродромных покрытий; эксплуатируемых плоских кровель; для благоустройства дворовых территорий и устройства полов в цехах промышленных складов, ангаров, гаражей; в гидротехническом строительстве. Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) применяются при строительстве, реконструкции, ремонте дорог, мостов и аэродромов. Применение ПБВ позволяет повысить деформационную устойчивость полимерасфальтобетона во всем диапазоне эксплуатационных температур, коррозионную стойкость покрытий, а также безопасность движения автомобилей.

ОПИСАНИЕ ЗНАЧИМОСТИ ИДЕИ:

Асфальтобетонные смеси (АБС) – это рационально подобранные смеси минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка) с битумом, взятые в определённых соотношениях и перемешанные в нагретом состоянии. В зависимости от вязкости используемого битума, смеси подразделяются на горячие и холодные. Градация асфальтобетонных смесей производится в зависимости от наибольшего размера щебня, остаточной пористости и показателей физико-механических свойств. Полимерасфальтобетоны с использованием полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) на основе блоксополимеров бутадиена и стирола типа СБС (марок ДСТ 30-01 и ДСТ ЗОР-01, а также их зарубежных аналогов) с требуемой для данного района строительства температурой хрупкости применяются для обеспечения повышенной трещиностойкости и продления срока службы асфальтобетонных покрытий при условии низких отрицательных температур в районе строительства. Для повышения качества дорожных битумов рекомендуется использовать дивинилстирольные термоэластопласты (ДСТ) – блок-сополимеры дивинила и стирола с содержанием связанного стирола 28 – 32% (ДСТ-30). ДСТ в невулканизированном состоянии характеризуются высокой прочностью при повышенных температурах (до 80°С) и низкой температурой хрупкости (около минус 80°С). В этом интервале температур ДСТ находятся в высокоэластическом состоянии. ПБВ получают введением небольшого (2 - 4 %) количества ДСТ в битумы: в вязкие – в виде раствора в углеводородных растворителях, а в маловязкие и жидкие – в виде крошки (маловязкими считают битумы, имеющие при 25°С глубину проникания иглы более 130-0,1 мм). ПБВ характеризуется способностью к большим высокоэластическим деформациям в широком диапазоне температур (от минус 55 до 60°С), что обусловливает его высокие теплостойкость при повышенных эксплуатационных температурах (50 - 60 °С), эластичность, пластичность и устойчивость к динамическим воздействиям при отрицательных температурах. Введение ДСТ в количестве 2, 3, 4 % в битумы марок БНД позволяет получить температуру хрупкости ПБВ соответственно минус 25, минус 35 и минус 50 °С. При необходимости получения ПБВ с температурой хрупкости минус 60 °С и ниже необходимо увеличить содержание ДСТ в битуме до 6 %. Асфальтобетон на ПБВ отличается повышенными деформативностью при отрицательных температурах и упругостью при положительных (модуль упругости при минус 20°С в 3 – 6 раз меньше, а при 40°С - в 1,5-2 раза больше, чем асфальтобетона на вязком битуме марок БНД); повышенной устойчивостью к многократным динамическим воздействиям (количество циклов до разрушения образца (балочки) на ПБВ в условиях многократного изгиба выше, чем образца асфальтобетона на битуме более чем в 8 раз). Строительство покрытий из асфальтобетонных смесей на ПБВ допускается при пониженных температурах (до минус 15°С). Применение ПБВ позволяет повысить производительность АБЗ за счет снижения температуры нагрева материалов, удлинить строительный сезон благодаря возможности укладывать и уплотнять смеси при пониженных температурах. Покрытие из асфальтобетонных смесей на ПБВ обладает повышенным сцеплением с колесом автомобиля.

ОПИСАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ИДЕИ:

Асфальтобетонные смеси применяются (АБС) для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц и площадей, дорог промышленных предприятий. Асфальтобетонные покрытия имеют ряд преимуществ:  покрытия из асфальта обладают необходимой ровностью и, одновременно, нужной шероховатостью;  эксплуатировать покрытие из асфальта можно сразу после его укладки, тогда как цементобетон, к примеру, набирает нужную прочность только на 28-й день;  асфальтобетонные покрытия хорошо удерживают разметку, легко моются, убираются и обладают хорошей ремонтопригодностью. Область применения асфальтобетонных смесей по типам и по маркам определяется категорией автомобильной дороги (скоростные, магистральные, промышленно – складские, городские улицы и т.д.) К основным классификационным признакам асфальтобетонов относятся разновидность крупного заполнителя, вязкость битумов, размеры зерен щебня или гравия, структурные параметры, производственное назначение. В зависимости от вида крупного заполнителя асфальтобетоны разделяют на щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и битума; гравийные, в состав которых входят гравий, песок или гравийно-песчаный материал, минеральный порошок и битум; песчаные — асфальтобетоны, в которых отсутствует крупный заполнитель (щебень или гравий). По вязкости применяемого битума и по температуре укладки асфальтобетонной массы в конструктивный слой они подразделяются на горячие укладываемые при температуре не ниже 120°С; теплые, получаемые на основе вязких, но более мягких битумов или жидких битумов. Их укладывают в дорожные покрытия при температуре не ниже 70°С; холодные, приготавливаемые на жидких битумах марок МГ, СГ или битумных эмульсиях и укладываемые при температуре окружающего воздуха, но не ниже 5°С. Битумы, не модифицированные должным образом, показывают на практике ряд недостатков: высокая термическая чувствительность (размягчение при высоких температурах и хрупкость при низких), плохие механические характеристики и низкая упругость, склонность к старению. Термическая чувствительность не позволяет обычным битумным смесям хорошо вести себя и при высоких, и при низких температурах, поэтому они нуждаются в модификации. Применение модифицированных битумов является одним из перспективных направлений, позволяющих обеспечивать дорожному покрытию максимальное сопротивление усталостным разрушениям, устойчивость к изменениям температур суточных и сезонных циклов. Стоимость модифицированных битумов выше обычного битума в среднем на 60-65 %, но дороги не строят из одного битума, доля битума в асфальтобетоне всего 6%, расчёты показывают, что удорожание строительства 1км дороги составляет около одного процента. Учитывая увеличение срока службы дороги в 2-3 раза, применение модифицированных битумов, безусловно, экономически обосновано. Лучшими модификаторами для улучшения технологических качеств битума являются полимерные материалы. Полученный модифицированный битум, образованный объединением обычного битума и полимера, обеспечивает более высокий уровень качества: улучшение рабочих характеристик при высоких и низких температурах, улучшение эластопластических характеристик, повышенное сопротивление усталости материала, улучшение когезии и адгезии с наполнителями, повышенное сопротивление старению. Модифицирование битума полимерами, обладающими эластическими и пластическими свойствами ведет, к получению в итоге полимерно-битумных вяжущих (ПБВ). По сравнению с нефтяными дорожными битумами полимерно-битумные вяжущие обладают новым комплексом свойств, существенно отличающихся от свойств исходных битумов: эластичностью, трещиностойкостью, широким интервалом пластичности (ИП), повышением прочности при растяжении. ПБВ рекомендуется применять для устройства асфальтобетонных покрытий и поверхностных обработок в первую очередь на наиболее ответственных участках автомобильных дорог, мостах, аэродромах. Особенно эффективно использовать ПБВ в районах с резко континентальным климатом, а также на объектах с повышенными динамическими воздействиями на покрытие (например, на полосах примыкания к трамвайным путям и т.п.) в составе мастик для заполнения швов и трещин в покрытиях. Температура хрупкости ПБВ должна быть близка к минимальной температуре воздуха в районе строительства.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ:

Использование ПБВ обеспечивает снижение совокупной стоимости строительства автодорог на 30%, повышение срока службы дорожного покрытия в 2-3 раза, а также снижение шума на дороге в 3-4 раза, за счет применения ПБВ происходит снижение среднегодовых расходов на содержание дорог на 55-60%. Экономия дорожного бюджета РФ от использования полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) составит 100 млрд. рублей в год. Кроме того, за счет применения ПБВ происходит снижение среднегодовых расходов на содержание дорог на 55-60%. Суммарная мощность по ПБВ в 2014 году в России составит 400 тыс. тонн.

ВОЗМОЖНЫЕ РИСКИ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ ИДЕИ:

Технические требования к асфальтобетонным смесям регламентируются ГОСТ 9128-2009, АБС производится по рецепту, основная часть характеристик асфальтобетонного покрытия устанавливаются после укладки и уплотнения. Технические требования к ПБВ регламентируются ГОСТ Р 52056-2003 и отраслевым стандартом ОСТ 218.010-98. В зависимости от глубины проникания иглы при 25 °С ПБВ подразделяют на следующие марки: ПБВ–300, ПБВ–200, ПБВ–130, ПБВ–90, ПБВ–60 и ПБВ–40. По физико-механическим показателям ПБВ должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в ГОСТе. Чтобы материал соответствовал стандарту, необходимо изготовить полимер высокого качества и создать эффективные установки по производству ПБВ.