Взаимодействие битума с минеральными материалами.

Процесс приготовления асфальтобетонной смеси рассчитан на равномерное распределение вяжущего и полное покрытие каждого минерального зерна пленкой битума. При неполном покрытии минеральных зерен битумной пленкой из-за недостатка битума асфальтобетон разрушается во влажной среде вследствие проникновения воды через открытые места под битумную пленку и вытеснения ее с поверхности. Избыток битума ухудшает равномерность распределения вяжущего в асфальтобетоне за счет миграции части битума при уплотнении смеси из зоны повышенного напряжения в зоны малого напряжения.

Удельную поверхность зерен можно выразить в следующем виде

,

где - коэффициент формы зерен;

- линейные размеры зерен, м;

- плотность минерального материала.

Общая поверхность минеральной части асфальтобетона складывается из поверхностей минерального порошка, песка и щебня:

Чем меньше размер минеральных частиц, тем больше поверхность минеральной части. Например при содержании минерального порошка в смеси в количестве от 5 до 10 %, на его долю приходится 60 – 80 % от общей поверхности минеральной части.

Распределение битума в асфальтобетоне взаимосвязано с удельной поверхностью минеральных зерен следующей зависимостью:

,

где - толщина битумной пленки на минеральных зернах, мкм;

- переводной коэффициент;

- количество битума, % от массы минеральной части;

- удельная поверхность зерен минерального материала, м²/кг;

- плотность битума.

Подставив в эту формулу , получаем

.

Из полученной зависимости следует, что толщина пленки прямо пропорциональна количеству битума м величине зерен смеси.

Толщина битумной пленки также взаимосвязана с вязкость исходного битума. С изменением вязкости битума от марки БНД 90/130 до БНД 200/300 толщина пленки на зернах уменьшается на 10 %.

Взаимодействие битума с минеральными компонентами в асфальтобетоне является определяющим в получении материала с заданными свойствами. Под взаимодействием битума и минеральных материалов подразумевается весь комплекс процессов, происходящих при длительном контакте этих материалов. К ним относятся:

Физические процессы или физическое взаимодействие – обусловлено способностью вяжущего адсорбироваться на поверхности минеральных зерен. В результате формируются слои повышенной концентрации высокомолекулярных составляющих битума. Кроме того, на границе раздела битум – минеральный материал проявляют свое действие межмолекулярные силы минерального материала, попадая в зону действия которых битум претерпевает структурные изменения, образуя цепочки высокомолекулярных соединений перпендикулярные к поверхности минеральных зерен. По мере удаления от зерна прочность падает и вяжущее приобретает свойства объемного (свободного) битума.

В ориентированном слое битума выделяют три зоны с характерными структурой и физико-механическими свойствами: твердообразную, структурированную и диффузную.

Хемосорбционные процессы или химическое взаимодействие – приводит к образованию на границе раздела фаз новых химических соединений. Обычно эти процессы возникают при объединении минеральных материалов из карбонатных и основных горных пород с битумом. Происходят реакции с образованием соединений нерастворимых в воде, поэтому битумные пленки на поверхности минеральных частиц устойчивы к воздействию воды.

При объединении битума с кислыми минеральными материалами таких соединений не образуется. прочность сцепления битумной пленки пониженная, особенно в присутствии воды. Для образования химических соединений в битум вводят катионоактивные ПАВ, которые улучшают прилипание битума (повышаем адгезионные свойства битума).

Фильтрация битума и его компонентов внутрь минеральных зерен зависит главным образом от их пористости. По макропорам внутрь зерен фильтруется объемный битум. Наиболее подвижный компонент битума – масла проникают по капиллярам внутрь зерна на наибольшую глубину. Смолы из-за меньшей подвижности и большей активности проникают в зерна на меньшую глубину. Поверхностный слой битума на таких зернах обогащен асфальтенами, битумные пленки становятся более жесткими и менее эластичными, что ускоряет переход асфальтобетона в хрупкое состояние. При применении таких минеральных материалов вязкость битума должна быть меньше на 10 – 15 %, чем битумов, применяемых с плотными породами.

 

Структура асфальтобетона.

Структуру асфальтобетона целесообразно рассматривать как трехкомпонентную систему, состоящую из микро-, мезо- и макроструктуры.

Микроструктура – это структура асфальтовяжущего вещества, которая отражает взаимодействие битума и минерального порошка. Прочность микроструктуры резко изменяется в зависимости от содержания минерального порошка. Оптимальное количество вяжущего взаимосвязано с его вязкостью.

 

рис. Зависимость прочности при сжатии асфальтовяжущего

от содержания минерального порошка

 

В асфальтовяжущем оптимальной структуры битум и порошок находятся в наилучшем соотношении. При нарушении этого соотношения происходит снижение прочности и объемной массы асфальтовяжущего.

Мезоструктура – это структура асфальтового раствора (песок + асфальтовяжущее), которая в значительной степени определяет прочность, деформативность и плотность асфальтобетона. При введении в асфальтовяжущее вещество песка прочность системы снижается, что связано с повышением неоднородности смеси и появления в системы объемного битума.

Макроструктура – это структура асфальтобетона (щебень + асфальтовый раствор), которая формируется щебнем – основным структурообразующим элементом.

Структурообразующая роль щебня значительно отличается от роли минерального порошка. Его основное назначение заключается в формировании пространственного каркаса, обеспечивающего прочность асфальтобетона.

При незначительном содержании щебня свойства асфальтобетона определяются свойствами асфальтового раствора, так как зерна щебня являются отдельными вкраплениями, «плавающими» в растворной части. Более того введение 10 – 20 5 щебня может привести к снижению прочности асфальтобетона по сравнению с прочностью асфальтового раствора за счет снижения однородности системы.

Дальнейший рост содержания щебня приводит к возникновению отдельных контактов между зернами через тонкие пленки ориентированного битума. Прочность битумных слоев настолько велика, что битум под нагрузкой практически не вытесняется. Если нагрузки при уплотнении велики, возможно разрушение зерен в зонах контакта от сосредоточенных контактных соединений. При этом разрушается битумная пленка, возникают прямые контакты по минеральным зернам, что приводит к образованию конденсационных связей. Порог формирования таких связей наступает при содержании щебня более 45 %. При увеличении щебня до 60 – 65 % в асфальтобетоне формируется пространственный каркас. Межзерновые пустоты упругого минерального каркаса заполнены асфальтовым раствором. Это поровая структура асфальтобетона. Дальнейшее увеличение количества щебня приводит к формированию контактной структуры, в которой объем пустот в щебеночном каркасе значительно превышает объем асфальтового раствора, создает материал с большой пористостью и пониженной прочностью.

 

Взаимосвязь структур в асфальтобетоне.

 

Получение асфальтобетона с заданной структурой и свойствами достигается путем установления количественных соотношений между микро-, мезо- и макроструктурой и выдерживания этих соотношений при производстве работ.

Наиболее высокие показатели прочности при содержании щебня < 35 % (базальная структура) достигается с содержание песка > 40 % и минерального порошка > 15 %. При содержании щебня 50 – 60 % (базально-поровая стрктура) лучшие показатели достигаются при добавлении 30 – 40 % песка и около 10 % минерального порошка. При содержании щебня 65 % (поровая или порово-контактная структура) содержание песка должно составлять около 30 % и минерального порошка приблизительно 5 %. Отношение битума к минеральному порошку в асфальтобетоне с базальной структурой должно быть в пределах 0,5 – 0,6, с базально-поровой 0,6 – 0,9, с поровой 0,9 – 1,1.

Назначение состава асфальтобетона с данной структурой зависит прежде всего от условий работы. Для грузонапряженных участков дорог, участков с большими уклонами и пересечениями в одном уровне необходим асфальтобетон с содержанием высокопрочного щебня 50 – 60 %. Отличительной особенностью этих асфальтобетонов является наличие жесткого минерального каркаса. При наличии щебня средней прочности необходимо приготавливать асфальтобетон базальной структуры (35 % щебня), поскольку прочность асфальтобетона в этом случае обуславливается свойствами асфальтового раствора, качество песка и минерального порошка должно быть высоким.

 

 

Органоминеральные смеси.

Органоминеральная смесь – искусственная смесь, получаемая смешением на дороге или в смесительных установках минеральных материалов и минерального порошка с органическими вяжущими или с органическими вяжущими совместно с минеральными.

Смеси в зависимости от наибольшего размера зерен применяемых материалов подразделяют на:

- крупнозернистые – с зернами размером до 40 мм;

- мелкозернистые – с зернами размером до 20 мм;

- песчаными – с зернами размером до 5 мм.

При подборе составов смесей нормативным документом предъявляются требования по трем позициям - содержание щебня, зерен мельче 0,63 мм и зерен мельче 0,071 мм.

Для приготовления органоминеральных смесей можно применять минеральные материалы более низкого качества, чем для соответствующих видов асфальтобетонов. В зависимости от крупности заполнителя, содержания щебня или гравия и конструктивного слоя дорожной одежды, в котором будет применяться органоминеральная смесь, марка по дробимости используемого щебня может колебаться от 200 до 800. При этом содержание зерен пластинчатой (лещадной) формы не должно превышать 35 %. В качестве минерального порошка можно применять порошковые отходы промышленного производства, измельченные основные металлургические шлаки. Для смесей приготавливаемых на дороге допускается применять пылеватые грунты с числом пластичности не более 10.

В качестве органических вяжущих для приготовления смесей применяют:

- битумы нефтяные дорожные жидкие;

- эмульсии битумные дорожные;

- битумы дорожные вязкие;

- допускается применение других органических вяжущих, удовлетворяющих требованиям действующих нормативных документов и обеспечивающих получение смесей соответствующих требованиям ГОСТ 30491-97 «Смеси органоминеральные и грунты укрепленные органическими вяжущими для дорожного и аэродромного строительства.

В качестве минеральных вяжущих применяют портландцемент и шлакопортландцемент, а также золу-унос (золы-уноса образуются на тепловых электростанциях в результате сжигания углей в пылевидном состоянии, применяются в качестве компонента для изготовления тяжелых, легких, ячеистых бетонов и строительных растворов, а также в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов и минеральных вяжущих для приготовления смесей и грунтов в дорожном строительстве).

Качество органоминеральных смесей оценивается по следующим физико-механическим показателям:

- #G0физико-механические показатели органоминеральных смесей для покрытий

 

#G0	Значения для смесей
Наименование показателей	с жидкими органичес- кими вяжущими	с жидкими органически- ми вяжущими совместно с минеральными	с вязкими, в том числе эмульгиро- ванными ор- ганическими вяжущими	с эмульгиро- ванными органическими вяжущими сов- местно с минеральными
Предел прочности на сжатие, МПа, при температурах, °С, не менее:
	1,2	1,5	1,6	1,8
	0,5	0,7	0,8	0,9
Водостойкость, не менее	0,55	0,7	0,75	0,8
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее	0,4	0,6	0,65	0,7
Водонасыщение, % по объему	от 4,0 до 9,0	от 4,0 до 6,0	от 2,0 до 6,0	от 2,0 до 6,0
Набухание, % по объему, не более	2,5	2,0	2,0	1,5
Слеживаемость, число ударов, не более		Не нормируется
Примечание - Допускается для смесей с жидкими органическими вяжущими, приготовленных способом смешения на дороге, снижение предела прочности на сжатие при температуре 20 °С до 0,8 МПа. Показатель предела прочности на сжатие при температуре 50 °С для этих смесей не нормируется.

 

- физико-механические показатели органоминеральных смесей для оснований

 

#G0Наименования показателей	Значение
Предел прочности на сжатие, МПа, при температурах, °С, не менее:
	1,4
	0,5
Водостойкость, не менее	0,60
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее	0,50
Водонасыщение, % по объему, не более
Набухание, % по объему, не более	2,0

 

Органоминеральные смеси могут применяться для устройства:

- покрытий во II-V дорожно-климатических зонах при интенсивности воздействия расчетной нагрузки не более 500 ед/сут;

- верхних слоев оснований во II-V дорожно-климатических зонах при интенсивности воздействия расчетной нагрузки не более 1000 ед/сут;

- нижних слоев оснований во II-V дорожно-климатических зонах при интенсивности воздействия расчетной нагрузки не более 2000 ед/сут.

 

Грунты укрепленные органическими и неорганическими вяжущими.

 

Укрепленный грунт – искусственная смесь, получаемая смешением на дороге или в смесительных установках грунтов с органическими вяжущими, органическими вяжущими совместно с минеральными, а также с цементом или другими неорганическими вяжущими и водой.

Для приготовления укрепленных грунтов с органическими вяжущими применяются крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты с числом пластичности не более 22. Допускается применение супесей и суглинков с числом пластичности:

#G0 - до 12 при условии введения добавок извести, цемента, золы-уноса или песка из отсевов дробления карбонатных горных пород при строительстве в I-III дорожно-климатических зонах и без введения добавок в IV-V дорожно-климатических зонах;

 

- от 12 до 17 и глины с числом пластичности до 22 при условии введения добавок извести, цемента, золы-уноса и песка из отсевов дробления карбонатных горных пород или природного крупнозернистого песка.

Допускается применение засоленных грунтов, содержащих легкорастворимые соли не более 1% по массе, при условии укрепления их жидкими органическими вяжущими. Максимальная крупность зерен крупнообломочных грунтов не должна превышать 40 мм.

Содержание комков глины размером более 5 мм в измельченном, подготовленном к обработке жидкими органическими вяжущими грунте не должно быть более 25% по массе, в том числе комков глины размером более 10 мм - более 10% по массе.

В случае применения материалов и грунтов с показателями качества ниже приведенных требований, должно быть проведено их исследование в специализированных лабораториях для подтверждения возможности и технико-экономической целесообразности получения смесей и укрепленных грунтов с нормируемыми показателями качества.

#G0Зеpновой состав песчано-щебеночных, песчано-гpавийных, песчано-щебеночно-гpавийных смесей, золошлаковых смесей, песка и гpунтов должен соответствовать требованиям, указанным в таблице.

Таблица

#G0в пpоцентах по массе
Макси- мальная крупность зерен, мм	Полный остаток на ситах размером отверстий, мм
					2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,005
	До 10	От 20 до 40	От 35 до 65	От 50 до 80	От 60 до 85	От 70 до 90	От 75 до 95	От 80 до 97	От 85 до 98	От 87 до 100
		До 10	"20 "40	" 35 " 65	" 50 " 80	" 60 " 85	" 70 " 90	" 75 " 95	" 80 " 97	" 85 " 100
			До 10	" 25 " 40	" 45 " 65	" 60 " 80	" 70 " 85	" 75 " 90	" 80 " 95	" 85 " 100
				До 10	" 30 " 40	" 50 " 65	" 65 " 80	" 75 " 85	" 80 " 90	" 88 " 100
2,5					До 10	" 30 " 40	" 55 " 65	" 70 " 80	" 80 " 90	" 88 " 100
1,25						До 10	" 35 " 45	" 60 " 70	" 75 " 85	" 85 " 100

#G1

#G0Вид матеpиалов и тип гpунтов следует выбиpать в соответствии с назначением обpаботанных матеpиалов и укpепленных гpунтов, условиями их эксплуатации, требуемой маpкой по пpочности и моpозостойкости.

 

#G0Для пpиготовления обpаботанных матеpиалов и укpепленных гpунтов следует пpименять следующие вяжущие матеpиалы:

I вид - поpтландцемент и шлакопоpтландцемент по #M12293 0 871001094 3271140448 164122765 4294961312 4293091740 282702262 247265662 4292033672 557313239ГОСТ 10178#S, сульфатостойкий и пуццолановый цементы по #M12293 1 1200000333 3271140448 1519056134 247265662 4292033672 3918392535 2960271974 2595418479 166317385ГОСТ 22266#S, а также цементы для стpоительных pаствоpов по #M12293 2 901707387 3271140448 2573386810 247265662 4292033672 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 25328#S маpок не ниже 400 для покpытий и 300 для оснований;

II вид - активные матеpиалы с удельной повеpхностью не менее 150 кв.м/кг (полный остаток на сите N 0071 не менее 20% по массе) маpок по пpочности в 180-суточном возpасте, опpеделяемой по #M12293 3 901704812 3271140448 809731643 247265662 4292033678 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 3344#S, не менее 50:

- молотые высокоактивные и активные шлаки чеpной, цветной металлуpгии и фосфоpные шлаки по #M12293 4 901704812 3271140448 809731643 247265662 4292033678 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 3344#S;

- бокситовые и нефелиновые шламы с содеpжанием двухкальциевого силиката не менее 40% по массе;

- золы-уноса с удельной повеpхностью св. 150 кв.м/кг, содеpжанием сеpнистых и сеpнокислых соединений в пеpесчете на SO не более 6%, потеpи пpи пpокаливании не более 5% по массе;

III вид - комплексные вяжущие маpок по пpочности в 90-суточном возpасте, опpеделяемой по #M12293 5 901704812 3271140448 809731643 247265662 4292033678 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 3344#S, не менее 100. Kомплексное вяжущее состоит из основного компонента и активатоpа твеpдения. В качестве основного компонента следует использовать молотые слабоактивные и активные шлаки чеpной металлуpгии и шлаки фосфоpные по #M12293 6 901704812 3271140448 809731643 247265662 4292033678 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 3344#S, основные золы-уноса по #M12293 7 1200000733 3271140448 3662156931 247265662 4292033672 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 25818#S, бокситовые и нефелитовые шламы. В качестве активатоpов твеpдения - поpтландцемент, шлакопоpтландцемент маpок по пpочности не ниже 400 по #M12293 8 871001094 3271140448 164122765 4294961312 4293091740 282702262 247265662 4292033672 557313239ГОСТ 10178#S, известь стpоительная I и II соpтов по #M12293 9 1200000306 3271140448 3309028669 247265662 4292033672 557313239 2960271974 3594606034 4293087986ГОСТ 9179#S, гипс стpоительный маpок не ниже Г10 по ГОСТ 125, содощелочной (содосульфатный) плав с содеpжанием не менее 95% и NaOH не менее 2% по массе, жидкое стекло с кpемнеземистым модулем 1,7 - 1,8 и плотностью от 1,15 до 1,25 г/куб.см.

 

Для снижения pасхода вяжущих матеpиалов, повышения пpочности, моpозостойкости и улучшения технологических свойств следует пpименять химические добавки, удовлетвоpяющие требованиям соответствующих ноpмативных документов, утвеpжденных в установленном поpядке.

 

#G0Обpаботанные матеpиалы и укpепленные гpунты должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандаpта по технологическому pегламенту, утвеpжденному в установленном поpядке стpоительной оpганизацией.

Пpочность обpаботанного матеpиала и укpепленного гpунта в пpоектном возpасте хаpактеpизуют маpкой. Соотношение между маpкой по пpочности и пpочностью на сжатие и pастяжением пpи изгибе должно соответствовать требованиям, указанным в таблице.

#G0Таблица

#G1

#G0 Маpка по пpочности	Пpедел пpочности, МПа (кгс/кв.см), не менее
на сжатие	на pастяжение пpи изгибе
М10	1,0 (10)	0,2 (2)
М20	2,0 (20)	0,4 (4)
М40	4,0 (40)	0,8 (8)
М60	6,0 (60)	1,2 (12)
М75	7,5 (75)	1,5 (15)
М100	10,0 (100)	2,0 (20)
Пpимечание - Допускается опpеделять пpочность в установленные пpомежуточные сpоки. Пpи этом пpочность в пpомежуточные сpоки должна быть не менее 0,5 от ноpмиpуемого значения пpочности в пpоектном возpасте.

#G1

#G0По моpозостойкости обpаботанные матеpиалы и укpепленные гpунты подpазделяют на маpки: F5, F10, F15, F25, F50, F75. За маpку по моpозостойкости пpинимают установленное число циклов попеpеменного замоpаживания и оттаивания, пpи котоpых допускается снижение пpочности на сжатие не более чем на 25% от ноpмиpуемой пpочности в пpоектном возpасте.

 

 

#G0ОБЛАСТЬ ПPИМЕHЕHИЯ ОБPАБОТАHHЫХ МАТЕPИАЛОВ

И УKPЕПЛЕHHЫХ ГPУHТОВ

 

#G0Вид материала	Тип дорожной одежды	Марка по прочности на сжатие, не ниже	Марка по морозостойкости независимо от марки по прочности для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца, °С, не менее
		покрытие со слоем износа	осно- вание	допол-нитель-ный слой осно-вания	От 0 до -5	От - 5 до - 15	От - 15 до - 30	Ниже -30
Обработанные материалы	Капи- тальный	Не применяют	М60	М10	F15	F25	F25	F50
Обработан-ные материалы и укреплен-ные грунты	То же	То же	М40	М10	F15	F25	F25	F50
То же	Облег- ченный	"	М40	М10	F10	F15	F25	F50
"	Переход- ный	"	М20	-	F5	F10	F15	F25
"	То же	М40	-	-	F10	F15	F25	Не приме-няют

#G1

 

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, УКРЕПЛЕННЫХ ВСПЕНЕННЫМ БИТУМОМ СОВМЕСТНО С ЦЕМЕНТНО-ВОДНОЙ СУСПЕНЗИЕЙ, И ИХ РАБОТА В КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

 

1. Виды органоминеральных смесей на увлажненных минеральных материалах и требования, предъявляемые к их свойствам.

 

Материалы, обработанные вспененным битумом с цементно-водной суспензией, относятся к группе смесей на увлажненных минеральных материалах. Такие смеси содержат в своем составе воду. Вода в них подается в минеральный материал в не большом количестве, близком к значению оптимальной влажности используемых материалов.

Эту небольшую группу составляют влажные органоминеральные смеси (ВОМС); смеси, получаемые на основе вспененных битумов и смеси на разжиженных битумах (Nab-Sand-влажный песок).

Согласно определению, данному в обзорной информации [], смесь, приготовленная на вспененном битуме (ВБ), - это материал, содержащий обычные для горячих асфальтобетонов минеральные материалы (щебень, песок, минеральный порошок) и битум в диспергированном состоянии. Диспергирование битума осуществляется чаще всего способом, основанным на подаче через специальные устройства горячего битума при температуре 130-170⁰С совместно с водяным паром или водой на предварительно увлажненные минеральные материалы. При подаче водяного пара получают, главным образом, горячую смесь, воды – холодную.

При диспергировании битума на предварительно увлажненные материалы в минеральную смесь необходимо вводить активаторы – минеральные порошки с высоким содержанием свободной окиси кальция. Количество частиц мельче 0,071 мм ограничивается 7-14%, воды 7-14%, битума – 4-7%.

В обзорной информации также отмечается, что способ обработки материала и тип органоминеральной смеси необходимо выбирать с учетом целого ряда факторов, в том числе климатических характеристик. При этом кроме климатических факторов учитываются местные погодные условия на момент строительства. Во всех случаях следует выбирать погодные условия, когда смесь успеет сформироваться.

Материалы, приготовленные на вспененном битуме, еще мало применяются в дорожных хозяйствах России, но имеющийся опыт устройства таких слоев позволяет рекомендовать их наряду с ВОМС.

Рекомендуется применять мобильное оборудование для приготовления и укладки смеси. Этот способ работ позволяет избежать снижения качества некоторых материалов при транспортировании и составить план организации работ таким образом, чтобы использовать промежутки времени с оптимальными для устройства дорожных одежд погодными условиями, когда в целом погода в районе работ неустойчива.

С этой точки зрения представляет интерес опыт восстановления и строительства слоев дорожной одежды методом холодного ресайклинга с использованием специального оборудования фирмы Wirtgen. Комплект этого оборудования в настоящее время используется для строительства слоев оснований дорожных одежд в Пермской области. Руководство по применению разработано известной консультативной фирмой, специализирующейся на технологиях восстановления дорожных одежд – A.A.Loudon & Partners [].

Машины для ресайклинга были разработаны несколько лет назад путем соответствующей модернизации дорожных фрез и машин для стабилизации грунта. Поскольку современные ресайклеры предназначены специально для ресайклинга на большую глубину за один проход, они представляют собой крупные мощные машины на гусеничном или колесном шасси, обеспечивающем им высокую проходимость.

Основным рабочим органом машины является фрезерно-смешивающий барабан с большим количеством специальных резцов. Вращаясь, барабан измельчает материал дорожной одежды.

При фрезеровании в рабочую камеру ресайклера впрыскивается вода. Ее количество точно дозируется насосом, управляемым микропоцессорной системой, чтобы после смешивания с материалом, измельченным фрезерным барабаном, влажность получаемой смеси была оптимальна для ее уплотнения.

Жидкие стабилизаторы, такие как цементно-водная суспензия или битумная эмульсия, вводятся в рабочую камеру таким же способом. Кроме того, через отдельную, специально разработанную распределительную систему в рабочую камеру может быть введен вспененный битум.

Холодный ресайклинг имеет несколько преимуществ:

1. Отсутствие загрязнения окружающей среды благодаря полному использованию материала старой дорожной одежды.

2. Качество ресайклированного слоя вследствие последовательного, высококачественного смешивания полученных на месте материалов с водой и стабилизаторами. Смешивание отвечает самым высоким требованиям, поскольку компоненты принудительно перемешиваются в рабочей камере.

3. Структурная целостность дорожной одежды. Холодный ресайклинг позволяет получать связные слои большой толщины, которые отличаются гомогенностью материала. Благодаря этому не требуется розлив жидких вяжущих между тонкими слоями дорожной одежды.

4. Сохранение целостности грунта. Обычно холодный ресайклинг выполняется за один проход ресайклером на пневмошинах, который оказывает малое давление на грунт и, следовательно, мало деформирует его.

5. Уменьшение продолжительности сроков строительства. Современные машины для ресайклирования отличаются высокой производительностью, что существенно сокращает сроки строительства по сравнению с традиционными методами устройства дорожных покрытий.

Наличие местных материалов часто является решающим при выборе типа органоминеральных смесей (ОМС) и способа их получения. Необходимо также учитывать сезон строительства, температуру воздуха при укладке и уплотнении, влажность воздуха и даже скорость ветра [].

Колебания климатических условий наиболее важны при выборе оптимальной технологии ресайклинга: для регионов с малым уровнем осадков необходимы совершенно другие технологии по сравнению с регионами, где этот уровень высок. Результаты воздействия экстремальных температур, такие как растрескивание слоя, вызванное циклами замораживания-оттаивания, также должны учитываться при выборе необходимой технологии [].

Толщина конструктивных слоев дорожной одежды из органоминеральных смесей обычно составляет 30-80 см. Для них основные требования – водостойкость и прочностные показатели. Для таких конструктивных слоев могут быть рекомендованы ВОМС, нефтегравий и, в том числе, смеси на вспененном битуме.

Реконструкция грунтовых гравийных дорог может быть осуществлена укреплением их вспененным битумом совместно с цементом с последующим перекрытием защитным слоем. Глубина ресайклинга этого типа обычно равна от 100 до 150 мм.

Отмечено, что весьма эффективно применение конструктивных слоев из приведенных выше материалов в сочетании с тонкими и сверхтонкими слоями (20-40 мм, 15-25 мм).

Органоминеральная смесь – это смесь минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка), органического вяжущего и воды.

Физико-механические и технологические свойства ОМС обусловлены свойствами и соотношениями составляющих их компонентов, а также технологией приготовления смесей.

Набор необходимых свойств смесей зависит от назначения материала и технологических процессов его получения и применения. Все ОМС, используемые при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог, должны обладать следующими свойствами:

-иметь хорошую водостойкость, которая характеризуется соотношением прочностей при температуре 20⁰С сухих и водонасыщенных образцов;

-водонасыщение и набухание материала не должны превышать установленные для данной смеси пределы;

-иметь достаточные для эксплуатации покрытия прочности при нормальной, повышенной или пониженной температурах, в зависимости от условий эксплуатации материала.

Водостойкость и водонепроницаемость материала зависят прежде всего от количества и качества вяжущего в смеси. Причем в качестве вяжущего рассматривается не только чисто органическое вяжущее, но и его смесь с мелкодисперсной фракцией минеральной части, называемая асфальтовым вяжущим.

Известно, что чем больше в смеси содержится органического вяжущего, тем более водостойким и менее водопроницаемым будет материал. Однако простое увеличение количества органического вяжущего ведет к падению прочностных характеристик материала и уменьшению его теплоустойчивости, поэтому необходимо повышать содержание в смеси именно асфальтового вяжущего.

Свойства материала, полученного путем уплотнения смеси, определяются свойствами и количественными соотношениями исходных материалов.[] Для ВОМС с целью выяснения влияния многочисленных факторов на физико-механические свойства материала был проведен эксперимент с привлечением факторного анализа. В качестве критериев были приняты основные физико-механические показатели материала – плотность, водонасыщение и прочностные показатели сухих и водонасыщенных образцов. В результате была установлена степень влияния всех выбранных для анализа факторов на изменение перечисленных выше показателей свойств ВОМС. []

Проведенный с привлечением методов статистической обработки анализ позволил расположить факторы по степени их влияния на свойства ВОМС (по убывающей):

-соотношение между количеством органического вяжущего и тонкодисперсных частиц минерального порошка;

-содержание тонкодисперсных частиц;

-вязкость органического вяжущего;

-количество воды;

-содержание активной составляющей минеральной части (количество свободной окиси кальция);

-вид и количество ПАВ, гранулометрических добавок и др;

-содержание и размер щебеночной фракции;

-количество песка, размер и форма его зерен.

(ВОМС представляют собой многокомпонентную систему, состоящую из увлажненных минеральных материалов подобранного гранулометрического состава, активатора или ПАВ и жидкого органического вяжущего).

Для других видов органоминеральных смесей порядок расположения, а для некоторых смесей и набор факторов, могут быть иными.

Для органоминеральных смесей на основе вспененного битума и цементно-водной суспензии набор факторов и их порядок по степени влияния на свойства получаемого материала может быть следующим:

-соотношение между количеством органического вяжущего и тонкодисперсных частиц в смеси;

-содержание тонкодисперсных частиц;

-качество вспененного битума;

-количество и качество цементно-водной суспензии;

-содержание и размер щебеночной фракции;

-количество песка, размер и форма его зерен;

-условия формирования структуры материала: влажность при уплотнении, температура воздуха (скорость высыхания) и др.

В горячих смесях процессы формирования структуры завершаются в основном, на стадии уплотнения смесей, а в холодных – основным фактором формирования структуры материала является его доуплотнение в результате движения транспортных средств. В процессе уплотнения таких материалов получают только минимально необходимую механическую прочность и устойчивость при воздействии климатических и эксплуатационных факторов.

Для увлажненных органоминеральных смесей процесс уплотнения играет важную роль в формировании материала. Однако процессы структурообразования под воздействием движения транспортных средств являются основными.

Увлажненные смеси могут довольно длительное время и в широком диапазоне температур оставаться однородной системой.

Условием успешного применения, например, ВОМС является присутствие в их составе достаточного количества мелкодисперсных фракций в сочетании с оптимальной пористостью смеси, обеспечивающей условия миграции свободной воды, которая используется для улучшения условий смачивания минеральных частиц органическим вяжущим, то есть играет роль пластификатора.

Как показали результаты исследований [], в момент обволакивания органическим вяжущим минеральных зерен в смесях типа ВОМС или нефтегравий происходит вытеснение определенного количества воды с поверхности зерен в поровое пространство. Если остаточная пористость пластичных смесей меньше оптимальной, то это затрудняет миграцию свободной воды и не позволяет в оптимальные сроки сформировать структуру этих материалов. Поэтому после открытия движения по несформировавшемуся покрытию на нем возникают дефекты.