20.2. Поверхностная обработка дорожных покрытий

Поверхностная обработка - это способ создания шероховатой поверхности покрытия и устройства слоев износа и защитных слоев путем розлива на основание тонкого слоя органического вяжущего, распределения высокосортного щебня и его уплотнения (рис. 20.3). Во многих странах поверхностную обработку называют Chip Seals - щебеночные защитные (изолирующие) слои.

Рис. 20.3. Основные технологические операции по устройству поверхностной обработки:

1 - подготовительные работы; 2 - розлив битума; 3 - распределение щебня; 4 - уплотнение щебня; 5 - сметание лишних щебенок

Перед устройством поверхностной обработки дорожное покрытие предварительно должно быть подготовлено. В состав подготовительных работ при устройстве поверхностной обработки на новом покрытии входит:

очистка покрытия от пыли и грязи;

установка знаков для организации движения, ограждение места производства работ.

В случаях, когда покрытие не удается полностью очистить от пыли и грязи, оставшейся в мелких трещинках и впадинах, его рекомендуется подгрунтовать путем розлива жидкого битума по норме 0,3-0,5 л/м² или битумной эмульсии с расходом 0,5-0,8 л/м².

В состав основных работ входит розлив битума, распределение и уплотнение щебня. После этого производится сметание отдельных не укрепившихся щебенок и открывается движение транспорта. Процесс окончательного формирования поверхностной обработки продолжается около 10 дней, в течение которых скорость движения автомобилей ограничивается и производится ежедневное сметание не укрепившихся щебенок.

Назначение и виды поверхностных обработок. Поверхностная обработка выполняет следующие функции:

восстанавливает и повышает сцепные качества дорожного покрытия;

формирует слой износа и защитный слой от проникания воды в дорожную одежду;

останавливает разрушение и продлевает срок службы старых покрытий, на которых появились признаки износа в виде трещин, шелушения, выкрашивания и другие;

при устройстве на щебеночных и гравийных покрытиях обеспечивает обеспыливание и значительно более комфортные условия движения автомобилей.

Различают несколько видов поверхностной обработки, которые применяют в различных условиях:

одиночная или простая обработка с однократным розливом вяжущего и распределением щебня. Применяется для создания слоя износа и шероховатого слоя на покрытиях с достаточной прочностью и невысокой интенсивностью движения. Толщина слоя составляет 1,5-2,5 см;

одиночная или простая обработка с двойным распределением щебня. На слой разлитого вяжущего сначала распределяют более крупную фракцию щебня (например, 8/11 или 15-20 мм), прикатывают катком, а затем распределяют более мелкую фракцию щебня (например, 2/5 или 5-10 мм) и уплотняют. Применяется на дорогах с высокой скоростью движения автомобилей. Толщина слоя может составлять 3-4 см;

простая обработка типа сэндвич. На поверхность покрытия распределяют крупную фракцию щебня, затем разливают вяжущее, распределяют мелкую фракцию щебня и уплотняют. Применяется при неоднородном по ровности основании для выравнивания и некоторого усиления;

двойная поверхностная обработка или поверхностная обработка типа двойной «сэндвич». На первый слой разлитого вяжущего распределяют крупную фракцию щебня и уплотняют. Затем разливают второй слой вяжущего, распределяют более мелкую фракцию щебня и окончательно уплотняют. Толщина слоя составляет 3-4 см. Применяется на покрытиях с недостаточной прочностью, при наличии сетки трещин, ямочности, колей, при высокой интенсивности движения, то есть в тех случаях, когда необходимо не только создать шероховатый слой износа и защитный слой, но и улучшить ровность, несколько повысить прочность и сдвигоустойчивость. Применяется также на цементобетонных покрытиях;

двойная поверхностная обработка с прослойкой из щебня. На очищенное и выровненное гравийное или щебеночное покрытие рассыпают прослойку из щебня крупной фракции и уплотняют. Затем разливают первый слой вяжущего, распределяют более мелкую фракцию щебня и уплотняют. После этого разливают второй слой вяжущего, распределяют щебень мелкой фракции и окончательно уплотняют. Толщина слоя может достигать 5 см. Применяется на «белых» гравийно-щебеночных покрытиях для перевода их в «черное» шоссе.

Требования к каменным материалам для поверхностной обработки. Для поверхностной обработки применяют щебень из высокопрочных изверженных или метаморфических горных пород с прочностью более 100-120 МПа и износом при истирании в барабане Деваля не более 35 %.

Для дорог с малой интенсивностью движения допускается применять щебень из осадочных пород (известняк) прочностью не менее 80 МПа с истиранием не более 40 %. Щебень должен быть мытым: чистым и без пыли. Доля зерен мельче 0,63 мм не должна превышать 0,5 %. Зерна щебня должны быть одномерными узких фракций кубовидной формы.

В целях экономии дорогостоящего высокопрочного щебня на дорогах со средней интенсивностью движения можно устраивать поверхностную обработку из смеси разнопрочных каменных материалов, в которой 50 % и более составляет щебень прочностью 100 МПа и выше и до 50 % щебень прочностью 60-80 МПа. Опыт показывает, что в процессе эксплуатации более слабые щебенки истираются быстрее и уменьшаются по высоте, а более прочные щебенки выступают из покрытия и обеспечивают хорошие сцепные свойства мокрого покрытия.

По европейским стандартам применяют размер фракций щебня, мм - 2/5; 5/8; 8/11; 11/16 [3, 33]. В России допускается более широкий диапазон размера фракций, мм - 5-10; 10-15; 15-20 и 20-25 [87, 96]. Однако в последние годы наметилась тенденция к переходу на более мелкие размеры и более узкие фракции щебня, близкие к европейским стандартам.

Требования к однородности материала по предельным размерам основаны на опыте срока службы поверхностной обработки. Необходимо, чтобы все щебенки прочно прилипли гранями к разлитому вяжущему. При однородном щебне, рассыпаемом в один слой (рис. 20.4, а), этого можно достигнуть. В разнородном материале всегда найдутся мелкие зерна, которые будут лежать сверху и не получат должного сцепления с битумом (рис. 20.4, б). Под воздействием касательных усилий колес автомобилей эти щебенки вырываются и вылетают в стороны, покрытие получается неровным и необходимы дополнительные, проводимые часто вручную работы по заметанию щебенок с обочины на покрытие.

Рис. 20.4. Поверхностная обработка: 1 - вяжущее; 2 - щебень, не удерживаемый вяжущим; 3 - щебень, удерживаемый вяжущим

Вылетающие из-под колес щебенки опасны, травмируют проезжающих и пешеходов, разбивают стекла автомобилей.

Выбор размера фракций зависит от многих факторов, в том числе от того, какие транспортно-эксплуатационные характеристики покрытия необходимо получить, при какой интенсивности, в каком составе движения работает покрытие и в каких климатических условиях, а также от состояния старого покрытия и его твердости. Так, для получения водонепроницаемого защитного слоя небольшой толщины на местных проездах и площадях в населенных пунктах применяют щебень фракций 2/5, который создает мелкую шероховатость типа наждачной бумаги. Фракции 5/8 обеспечивают хорошую шероховатость на прочных и ровных покрытиях при минимальном уровне звуковой эмиссии. Более глубокую шероховатость, больший износ шин и уровень звуковой эмиссии создает поверхностная обработка из щебня фракций 8/11 и 11/16, однако она более долговечна при интенсивном движении и более эффективна на мягких покрытиях. На очень мягких покрытиях в районах с жарким климатом в России применяют щебень фракций 15-20 и даже 20-25 мм.

Для определения жесткости или твердости старого покрытия применяют твердомеры. Чтобы привести результаты измерений, выполненных при разной температуре, к сопоставимому виду, их приводят к расчетной температуре (рис. 20.5).

Для устройства поверхностной обработки применяют щебень, предварительно обработанный небольшим количеством органического вяжущего или чистый щебень. Для обработки щебень разогревают до температуры 170-180°С, загружают в мешалку, куда впрыскивают горячий битум в количестве 1-1,5 % от массы щебня и перемешивают. Получают так называемый черный щебень. Такая обработка часто используется при устройстве шероховатых слоев на дорогах в северных районах.

Считается, что в обработанном щебне битум проникает в микропоры и закрывает их для проникания воды, вследствие чего повышается водостойкость и морозоустойчивость щебня, который применяют на дорогах с высокой интенсивностью движения и в районах с холодным влажным климатом. Необработанный щебень применяют на дорогах с интенсивностью движения до 1000 авт./сут, а также для второй россыпи при устройстве поверхностной обработки с двухкратным распределением щебня.

Рис. 20.5. Оценка твердости покрытия: