Асфальтобетон (обычно называемый асфальтом , [1] асфальтовым покрытием или тротуаром в Северной Америке, а также асфальтовым или битумным щебнем в Соединенном Королевстве и Ирландии) представляет собой композиционный материал, обычно используемый для покрытия дорог , автостоянок , аэропортов и других общественных мест. ядро насыпных плотин . [2] Асфальтовые смеси используются в дорожном строительстве с начала ХХ века. [3] Он состоит из минерального заполнителя , связанного битумом (также известным как асфальт), уложенного слоями и уплотненного.
Этот процесс был усовершенствован и усовершенствован бельгийско-американским изобретателем Эдвардом Де Смедтом . [4]
Термины «асфальт (или асфальтобетон ) » , «битуминозно-асфальтобетон » и «битумная смесь» обычно используются только в инженерно-строительной документации, в которой бетон определяется как любой композиционный материал, состоящий из минерального заполнителя, склеенного связующим. Аббревиатура AC иногда используется для асфальтобетона , но также может обозначать содержание асфальта или асфальтовое вяжущее , имея в виду жидкую асфальтовую часть композитного материала.
Смешивание асфальта и заполнителя осуществляется одним из нескольких способов: [5]
Помимо асфальта и заполнителя, для улучшения свойств конечного продукта могут быть добавлены добавки, такие как полимеры и антиадгезивы.
Площадки с асфальтобетонным покрытием, особенно перроны аэропортов , иногда называют «гудронированным шоссе», несмотря на то, что они не были построены с использованием асфальтобетона . [13]
Для удовлетворения конкретных потребностей были разработаны различные специальные асфальтобетонные смеси, такие как асфальт с каменной матрицей , который предназначен для обеспечения прочной поверхности изнашивания, или пористые асфальтовые покрытия, которые являются проницаемыми и позволяют воде стекать через дорожное покрытие для контроля ливневая вода.
Различные типы асфальтобетона имеют разные эксплуатационные характеристики на дорогах с точки зрения долговечности покрытия, износа шин, эффективности торможения и шума на дороге . В принципе, при определении соответствующих эксплуатационных характеристик асфальта необходимо учитывать интенсивность движения в каждой категории транспортных средств и требования к характеристикам дорожного покрытия. В целом вязкость асфальта позволяет наносить его непосредственно для образования выпуклой поверхности, что увеличивает дренаж улиц и дорог. Это преимущество перед бетоном. Бетон можно выровнять , придав ему различные формы и изгибы, однако непрактично использовать этот метод на участке такой длины, как улица или дорога. Однако недостатком асфальта является то, что бетон более долговечен, и предпочтение поверхностного покрытия сопоставляется с этим в зависимости от ситуации.
Асфальтобетон производит меньше шума от дороги, чем бетонная поверхность из портландцемента , и обычно менее шумен, чем поверхности со сколами . [14] [15] Поскольку шум шин возникает в результате преобразования кинетической энергии в звуковые волны , по мере увеличения скорости транспортного средства создается больше шума. Идея о том, что при проектировании автомагистралей могут учитываться акустические инженерные соображения, включая выбор типа дорожного покрытия, возникла в начале 1970-х годов. [14] [15]
Что касается структурных характеристик, поведение асфальта зависит от множества факторов, включая материал, нагрузку и условия окружающей среды. Кроме того, характеристики покрытия со временем меняются. Таким образом, долгосрочное поведение асфальтового покрытия отличается от его краткосрочных характеристик. LTPP — это исследовательская программа FHWA , в которой основное внимание уделяется долгосрочному поведению дорожного покрытия. [16] [17]
Ухудшение состояния асфальта может включать крокодиловое растрескивание , выбоины , перевороты, рассыпания , кровотечение , образование колеи , толкание, зачистку и понижения уклона. В холодном климате морозные пучения могут расколоть асфальт даже за одну зиму. Заполнение трещин битумом — временное решение, но только правильное уплотнение и дренаж могут замедлить этот процесс.
Факторы, вызывающие ухудшение качества асфальтобетона с течением времени, в основном относятся к одной из трех категорий: качество строительства, экологические соображения и транспортные нагрузки. Часто ущерб возникает в результате сочетания факторов всех трех категорий.
Качество строительства имеет решающее значение для эксплуатационных характеристик дорожного покрытия. Это включает в себя строительство инженерных траншей и приспособлений, которые размещаются на тротуаре после строительства. Недостаточное уплотнение поверхности асфальта, особенно на продольных швах, может сократить срок службы дорожного покрытия на 30–40%. Сообщается, что эксплуатационные траншеи в дорожных покрытиях после строительства сокращают срок службы дорожного покрытия на 50% [18] , главным образом из-за отсутствия уплотнения в траншеях, а также из-за проникновения воды через неправильно герметизированные швы.
Факторы окружающей среды включают жару и холод, наличие воды в основании или грунте земляного полотна, подстилающего дорожное покрытие, а также морозное пучение.
Высокие температуры размягчают связующее асфальта, позволяя тяжелым нагрузкам на шины деформировать тротуар, образуя колеи. Парадоксально, но высокая температура и сильный солнечный свет также приводят к окислению асфальта, который становится более жестким и менее эластичным, что приводит к образованию трещин. Низкие температуры могут вызвать появление трещин по мере сжатия асфальта. Холодный асфальт также менее эластичен и более уязвим к растрескиванию.
Вода, попавшая под покрытие, размягчает основание и земляное полотно, делая дорогу более уязвимой к нагрузкам от транспортных средств. Вода под дорогой замерзает и расширяется в холодную погоду, вызывая и увеличивая трещины. При весеннем оттаивании земля оттаивает сверху вниз, поэтому вода задерживается между тротуаром наверху и еще замерзшей почвой внизу. Этот слой насыщенной почвы плохо поддерживает дорогу выше, что приводит к образованию выбоин. Это большая проблема для илистых или глинистых почв, чем для песчаных или гравийных почв. В некоторых юрисдикциях принимаются законы о морозе , чтобы снизить допустимый вес грузовиков в период весенней оттепели и защитить дороги.
Ущерб, причиняемый транспортным средством, примерно пропорционален нагрузке на ось, возведенной в четвертую степень, поэтому удвоение веса, несущего ось, фактически приводит к увеличению ущерба в 16 раз. [19] Колеса слегка прогибают дорогу, что приводит к усталостному растрескиванию, которое часто приводит к крокодиловому растрескиванию. Скорость автомобиля также играет роль. Медленно движущиеся транспортные средства в течение длительного периода времени создают нагрузку на дорогу, увеличивая количество колей, трещин и рифлений на асфальтовом покрытии.
Другие причины ущерба включают тепловое повреждение в результате возгорания транспортных средств или воздействие растворителей в результате разливов химических веществ.
Срок службы дороги можно продлить за счет правильного проектирования, строительства и технического обслуживания. При проектировании инженеры измеряют интенсивность движения на дороге, уделяя особое внимание количеству и типам грузовых автомобилей. Они также оценивают недра , чтобы увидеть, какую нагрузку он может выдержать. Толщина покрытия и основания рассчитана таким образом, чтобы выдерживать нагрузки от колес. Иногда георешетки используются для усиления основания и дальнейшего укрепления дорог. Дренаж, в том числе канавы , ливневые и подземные дрены, служат для отвода воды из земляного полотна, не допуская ее ослабления основания и грунта. [20]
Герметизирующее покрытие асфальта — это мера по уходу, которая помогает предотвратить попадание воды и нефтепродуктов на дорожное покрытие.
Содержание и очистка канав и ливневых стоков продлит срок службы дороги при меньших затратах. Заделка небольших трещин битумным герметиком для трещин предотвращает увеличение трещин в результате морозного выветривания или просачивание воды в основание и ее смягчение.
На более поврежденных дорогах можно применить герметик или аналогичную обработку поверхности. По мере увеличения количества, ширины и длины трещин необходим более интенсивный ремонт. В порядке общего увеличения затрат к ним относятся тонкие верхние слои асфальта, многорядные верхние слои, шлифовка верхнего слоя и наложение верхнего слоя, утилизация на месте или полная реконструкция проезжей части.
Поддерживать дорогу в хорошем состоянии гораздо дешевле, чем ремонтировать ее, если она пришла в упадок. Именно поэтому некоторые ведомства отдают приоритет профилактическому содержанию дорог в хорошем состоянии, а не реконструкции дорог в плохом состоянии. Плохие дороги модернизируются, если позволяют ресурсы и бюджет. С точки зрения стоимости срока службы и долгосрочных условий дорожного покрытия это приведет к улучшению производительности системы. Агентства, которые занимаются восстановлением плохих дорог, часто обнаруживают, что к тому времени, как они их все отремонтируют, дороги, которые были в хорошем состоянии, уже ухудшились. [21]
Некоторые агентства используют систему управления дорожным покрытием , чтобы определить приоритетность технического обслуживания и ремонта.
Асфальтобетон — это перерабатываемый материал, который можно утилизировать и повторно использовать как на месте, так и на асфальтовых заводах . [22] Наиболее распространенным переработанным компонентом асфальтобетона является восстановленное асфальтовое покрытие (RAP). РАП перерабатывается чаще, чем любой другой материал в Соединенных Штатах. [23] Многие кровельные черепицы также содержат асфальт, а асфальтобетонные смеси могут содержать регенерированную битумную черепицу (RAS). Исследования показали, что РАП и УЗВ могут заменить до 100% первичного заполнителя и асфальтового вяжущего в смеси, [24] , но этот процент обычно ниже из-за нормативных требований и проблем с производительностью. В 2019 году новые асфальтобетонные смеси, произведенные в США, содержали в среднем 21,1% РАП и 0,2% РСВ. [23]
Компоненты переработанного асфальта можно утилизировать и транспортировать на асфальтовый завод для переработки и использования в новых дорожных покрытиях, или же весь процесс переработки можно проводить на месте. [22] Хотя переработка на месте обычно происходит на дорогах и специфична для РАП, переработка на асфальтовых заводах может использовать РАП, УЗВ или и то, и другое. По оценкам, в 2019 году асфальтовые заводы в США приняли 97,0 млн тонн РАП и 1,1 млн тонн УЗВ. [23]
РАП обычно поступает на заводы после измельчения на месте, но дорожные покрытия также можно раздирать на более крупные участки и измельчать на заводе. Фрезы РАП обычно складируются на заводах перед добавлением их в новые асфальтовые смеси. Перед смешиванием складированный помол можно высушить, а остатки агломерированного при хранении измельчить. [22]
УЗВ могут поступать на асфальтовые заводы как отходы производства непосредственно с заводов по производству черепицы или как отходы потребления в конце срока их службы. [23] Обработка УЗВ включает в себя измельчение черепицы и просеивание измельченной крошки для удаления негабаритных частиц. Помол также можно просеивать с помощью магнитного сита для удаления гвоздей и другого металлического мусора. Затем измельченный РАН высушивают и можно извлечь асфальтоцементное связующее. [25] Дополнительную информацию об обработке RAS, производительности и связанных с этим проблемах со здоровьем и безопасностью см. в разделе «Асфальтовая черепица» .
Методы переработки на месте позволяют восстанавливать дороги путем восстановления существующего покрытия, повторного смешивания и повторного укладки на месте. Методы переработки на месте включают затирание , горячую переработку на месте, холодную переработку на месте и полную регенерацию . [22] [26] Дополнительную информацию о методах на месте см. в разделе «Покрытие дороги» .
В течение срока службы асфальтоцементное вяжущее, составляющее около 5–6% типичной асфальтобетонной смеси [27] , естественным образом затвердевает и становится более жестким. [28] [29] [22] Этот процесс старения в основном происходит из-за окисления, испарения, экссудации и физического затвердевания. [22] По этой причине асфальтовые смеси, содержащие РАП и РАС, склонны к снижению удобоукладываемости и повышенной склонности к усталостному растрескиванию. [24] [25] Этих проблем можно избежать, если переработанные компоненты правильно распределяются в смеси. [28] [24] Практика надлежащего хранения и обращения, например, путем хранения запасов РАП вдали от влажных помещений или прямых солнечных лучей, также важна для предотвращения проблем с качеством. [24] [22] Процесс старения вяжущего также может приводить к некоторым полезным свойствам, например, способствуя повышению уровня устойчивости к колееобразованию в асфальтах, содержащих РАП и РАС. [29] [30]
Один из подходов к балансированию аспектов производительности РАП и УЗВ заключается в объединении переработанных компонентов с первичным заполнителем и первичным асфальтовым вяжущим. Этот подход может быть эффективным, когда содержание переработанного сырья в смеси относительно невелико [28] и имеет тенденцию более эффективно работать с мягкими первичными связующими. [29] Исследование 2020 года показало, что добавление 5% RAS в смесь с мягким низкосортным первичным связующим значительно увеличивает устойчивость смеси к образованию колейности, сохраняя при этом достаточную устойчивость к усталостному растрескиванию. [30]
В смесях с более высоким содержанием вторичного сырья добавление первичного связующего становится менее эффективным, и можно использовать омолаживающие вещества. [28] Омолаживающие добавки – это добавки, восстанавливающие физические и химические свойства состарившегося связующего. [29] Когда на асфальтовых заводах используются традиционные методы смешивания, верхний предел содержания РАП до того, как станут необходимы омолаживающие средства, оценивается в 50%. [24] Исследования показали, что использование омолаживающих средств в оптимальных дозах позволяет создавать смеси со 100% переработанными компонентами, отвечающие требованиям к характеристикам обычного асфальтобетона. [24] [28]
Помимо РАП и УЗВ, целый ряд отходов можно повторно использовать вместо первичного заполнителя или в качестве омолаживающих средств. Было продемонстрировано, что резиновая крошка, полученная из переработанных шин, улучшает усталостную прочность и прочность на изгиб асфальтовых смесей, содержащих РАП. [31] [32] В Калифорнии законодательные требования требуют от Министерства транспорта включать резиновую крошку в материалы асфальтового покрытия. [33] Другие переработанные материалы, которые активно включаются в асфальтобетонные смеси в Соединенных Штатах, включают стальной шлак, доменный шлак и целлюлозные волокна. [23]
Были проведены дальнейшие исследования с целью обнаружения новых форм отходов, которые можно переработать в асфальтовые смеси. Исследование 2020 года, проведенное в Мельбурне, Австралия, представило ряд стратегий по включению отходов в асфальтобетон. Стратегии, представленные в исследовании, включают использование пластмасс, особенно полиэтилена высокой плотности, в асфальтовых связующих, а также использование отходов карьеров стекла, кирпича, керамики и мрамора вместо традиционных заполнителей. [34]
Омолаживающие средства также могут производиться из переработанных материалов, включая отработанное моторное масло, отработанное растительное масло и отработанную растительную смазку. [28]
Недавно выброшенные маски для лица были включены в каменную мастику. [35]
{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link)[1]