Сучасні способи ремонту тріщин на дорожніх покриттях

Так само, як все людство, що завжди прагнуло створити вічний двигун, шляховики в усьому світі мріяли про дорожнє покриття з нескінченним терміном служби. Однак і перше, і друге поки залишається незбутня мрія багатьох факторів, які впливають на дорожній одяг, рано або пізно приводять до появи дефектів на дорожнім покритті. Найпоширенішим видом дефектів є тріщини. Вчасно не відремонтовані тріщини поступово перетворюються у вогнище руйнування дорожнього одягу. Тріщини класифікуються по ширині на вузькі - до 5 мм, середні - 5-10 мм і широкі - 10-30 мм.

Хоч тріщини і є лише незначною формою руйнування, своєчасний їх ремонт може запобігти більш серйозним руйнуванням дорожнього покриття, поява, наприклад, вибоїн або навіть його повного руйнування. Неминуче утворення температурних тріщин в асфальтобетонному покритті призводить до послаблення всієї конструкції дорожнього одягу. За рахунок порушення суцільності покриття погіршується його розподільча здатність, що викликає в зоні тріщини перенапруження шарів, які знаходяться нижче їх руйнування під дією транспорту. Таким чином, температурні тріщини є небезпечним осередком руйнування асфальтобетонного покриття і всього дорожнього одягу. Тому відновлення суцільності асфальтобетонного покриття автомобільних доріг після утворення температурних тріщин має важливе значення і являється одним з основних резервів підвищення довговічності автомобільних доріг в цілому.

Отже, назріла необхідність розробки і реалізації при ремонті та реконструкції доріг комплексу заходів, які б дозволили підвищити тріщиностійкість асфальтобетонних покриттів, продовжити терміни їх служби і знизити затрати на їх утримання. В залежності в основному від ширини й причин утворення тріщин вибира-ється технологія їхнього ремонту й склад застосовуваного встаткування. Основним завданням при ремонті тріщин є запобігання проникнення через них води в нижні шари дорожнього одягу.

Розробка тріщин під кутом

 

Застосування даної технології за порівнянням з традиційною сприяє підвищенню модуля пружності дорожнього одягу в цілому і опору розтягу при згині. Раціональна величина кута скосу розробки крізної тріщини становить 45-75⁰. Ремонт крізних тріщин за розробленою технологією дозволяє підвищити модуль пружності в 2-2,2 рази, а розтяг при згині в 5-6 разів.

При прикладенні навантаження над розробленою тріщиною руйнуюче зусилля повинно змінюватись в залежності від товщини підсиленого шару та кута розробки тріщини. Так як руйнування буде йти по найбільш ослабленому січенні, то його величина буде змінюватись від відношення , тобто при куті скосу розробки тріщини α=60⁰, S_мс=1,16h₂q, а при куті скосу розробки тріщини α=30⁰, S_мс=2h₂q, де

S_мс – площа січення в долях h₂ висоти підсиляємого шару,

q – міцність міжшарового зчеплення.

Чим товще шар підсилення h₁, тим можливо менше вимагається кут скосу розробки тріщини, так як збільшується його розподільча можливість і навпаки, чим менше товщина шару підсилення, тим більше потрібен кут скосу розробки тріщини. Розробка тріщини під кутом в пісиляємому шарі дозволяє здійснювати взаємну роботу як підсиляємого шару, хоча і з деяким послабленням його, так і підсилямого шару з шаром підсилення [28].

 

 

Рисунок 7.1 - Залежність кута скосу розробки тріщини від товщини шару підсилення

 

h₁, h₁', h₁'', h₁''' – укладуємий шар підсилення різної товщини;

h₂ – підсиляємий шар;

α_1, α₂, α₃ – кути скосу розробки тріщини;

Р – інтенсивність вертикального навантаження.

 

Застосування геосинтетиків

Метою застосування посилення зі склосіток є перерозподіл горизонтальних напруг у шарі асфальтобетону й зниження активних напруг завдяки поглинанню напруги скловолокнистим матеріалом. Завдяки функції перерозподілу зусиль сильно знижуються місцеві навантаження в асфальтобетоні, він довше залишається працездатним, що веде до зменшення тріщин. Тим самим помітно збільшується строк експлуатації всього дорожнього одягу. Виконує слідуючи функції:

1. Як зчіплюючий матеріал, посиленого скловолокном між шаром асфальтового покриття й несучим шаром асфальту.

2. Як скловолокнисті ґрати або нетканий матеріал, що зчіплює (з поліефіру), посиленого скловолокном між несучим асфальтним шаром або сполучним шаром асфальту й наявною конструкцією.

Посилення скловолокном перешкоджає при такій вставці, насамперед новотвору тріщин у несучому шарі асфальту поверх наявних тріщин в існуючій конструкції, тобто, насамперед, утворення тріщин на стиках бетонних плит, якщо стара бетонна дорога покривається асфальтобетоном.

 

Рисунок 7.2 - Функції посилення дорожнього одягу

 

Утворення тріщин через коливання температур у нижніх шарах відбувається внаслідок коливань температури в дорожній конструкції під асфальтобетоном відбувається зміна ширини тріщини. Через це в області тріщини виникають напруги, що розтягують, в асфальтобетоні. Чим більше ці напруги, тим скоріше збільшується деформації асфальту й тим швидше відбувається утворення тріщин. Коли процес утворення тріщин уже почався, утворення розриву рухається знизу нагору й через відносно короткий час на поверхні асфальту з'являється розрив. Починаючи із цього часу асфальтобетон, не є більше водонепроникним, і поверхневі води можуть проникати через тріщину в нижні шари асфальтобетону й основи.

Завдяки скловолокнистому посиленню відбувається розподіл або поглинання напруг, (стягуючі напруги поглинаються волокнами й знімають, таким чином, навантаження в новому асфальтобетоні в області тріщини). Завдяки менш значним місцевим напруженням при розтяганні в асфальтобетоні утворення тріщин за часом сильно сповільнюється. Працездатність асфальту зберігається довше й збільшується термін служби всього дорожнього покриття.

Напруги в асфальтобетоні, що виникли внаслідок теплового ефекту, а також напруги від транспортного навантаження приводять до того, що асфальт досягає такої крапки, коли він губить свою міцність, тобто стан бітуму, виходить за межі своєї можливої еластичності, і на поверхні асфальтобетону виникають тріщини. При наявності матеріалу, що зчіплює, між шаром асфальтобетонного покриття й несучим шаром у момент утворення розриву запобігається проникнення тріщини в нижні шари завдяки армованій бітумній мембрані (просочений бітумом зчеплюючий нетканий полімерний матеріал). Тим самим гарантується водонепроникність дорожньої конструкції, і вода не може проникнути в нижні шари, тобто дорожня конструкція під шаром асфальтобетону зберігає свою працездатність.

У численних виданнях західноєвропейських країн пропагується застосування різних ґрат в асфальтобетоні, переважно з полімеру. Застосування проходить, як правило, з успіхом. Все-таки виявилося, що особливо в регіонах із суворими кліматичними умовами й дуже високими коливаннями температур (Канада, Аляска, Швеція й т.д.) скловолокно зарекомендувало себе набагато краще, ніж полімерні матеріали. Досить позитивний результат застосування посилень зі скловолокна досягається, поряд з меншими матеріальними витратами, завдяки наступним факторам:

– скловолокна при контакті з гарячим бітумом й асфальтобетоном не гублять своєї міцності;

– при контакті з гарячим бітумом й асфальтом скловолокна не вступають у хімічні реакції;

– скловолокно, на відміну від матеріалів з полімерів, маючи низьке подовження при розриві - 3 % і повзучість 0 %. має високий опір при утворенні тріщин (при подовженні від 0,5 % в асфальтобетоні починається утворення тріщин);

– скловолокно чинить гарний опір динамічним навантаженням транспорту;

– при регенерації асфальтобетонного покриття зі скловолокнистим посиленням може бути легко знятий верхній шар шляхом фрезерування (сітка не намотується на фрезу, на відміну від полімерних матеріалів), а знятий асфальтобетон, може бути знову використаний.

 

Рисунок 7.3 - Армувальні ефекти скловолокна і поліестера

 

У цілому виявилося, що скловолокно, як матеріал, застосовуваний при укладанні асфальтобетону, у порівнянні з матеріалами з полімеру не виявляє яких-небудь недоліків щодо своєї роботи на відміну від ґрат з полімеру.

Ремонтні роботи проводятьь у наступному порядку:

– підготовка дорожнього полотна, куди буде встановлюватися посилення зі скловолокна, тобто очищення поверхні від пилу, бруду й рослин і заповнення тріщин і стиків шириною > 4 мм. При дорожніх нерівностях (напр. старих роздроблених залишках бетону) варто укласти шар, що вирівнює, асфальтобетону;

– розпилення бітумної емульсії або гарячого бітуму залежно від необхідності й від виду емульсії максимум, але не більше 2 кг / кв. м (при великій площі нанесення бітумної емульсії або гарячого бітуму варто проводити обов'язково за допомогою машин);

– укладання композитного матеріалу, посиленого скловолокном або геосітки зі скловолокна (при великій площі укладання повинна проходити за допомогою укладальних машин);

– укладання тонким шаром щебеня (в одну щебінку на ширину розливу бітуму) або тонкий шар асфальтобетону для захисту геосітки від гусениць асфальтоукладчика й коліс транспорту, що підвозить а/б суміш;

– безпосереднє укладання наступного асфальтового покриття;

– якщо передбачено, укладання наступних шарів асфальту, завершення роботи над влаштуванням доріг.

 

Рисунок 7.4 – Послідовність технологічних операцій при ремонті асфальтобетонних покриттів підсилених геосіткою

а) очищення поверхні;

б) нанесення бітумної емульсії;

в) розкочування геосітки;

г) укладання асфальтобетонної суміші.

 

Роботи варто проводити в присутності фахівця, що має досвід укладання геосіток. Варто звертати увагу на те, щоб роботи проводилися в суху погоду й, щоб у покладені шари не проникала волога.

В закінченні можна зробити наступні висновки:

– із застосуванням у шарах дорожніх одягів геосіток зі скловолокна можна значно збільшити строк їхньої експлуатації. Це в цілому означає тривалу працездатність доріг;

– посилення зі скловолокна, через свої гарні технічні дані при їхньому застосуванні в шарах асфальтобетону в умовах суворого клімату виявляють кращі результати, ніж ґрати з полімеру.

 

Рисунок 7.5 - Розміщення посилення в конструкції дорожнього одягу