Вестник БНТУ, № 6, 2011 Транспорт 49 Т Р А Н С П О Р Т УДК 625.7 ТРЕЩИНЫ В ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЯХ: СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ Докт. техн. наук, проф. ЛЕОНОВИЧ И. И., асп. МЕЛЬНИКОВА И. С. Белорусский национальный технический университет Широкое распространение асфальтобетона как дорожно-строительного материала обуслов- лено его уникальностью, но большая зависи- мость его физико-механических свойств от тем- пературы приводит к образованию на покрытии различных дефектов, в том числе колеи в жар- кий период и наиболее характерного дефекта – трещин – при низких температурах. Более того, до сих пор нерешенной остается важная про- блема – увеличение срока службы отремонти- рованных покрытий дорожных одежд и сниже- ние затрат на их содержание [1, 2]. В зависимости от природы образования трещины обретают форму температурных, от- раженных, силовых, технологических и уста- лостных [3]. Температурные трещины появляются за счет возникновения растягивающих напряже- ний при охлаждении покрытия, величина кото- рых главным образом зависит от коэффициента линейного расширения, величины перепада температур, модуля упругости материала, ко- эффициента Пуассона, модуля релаксации ма- териала за расчетный период. Отраженные трещины возникают в резуль- тате концентрации напряжений в асфальтобе- тоне в зоне существующих швов и трещин ос- нования при вертикальном и горизонтальном перемещении кромок швов и трещин. Силовые трещины появляются за счет воз- никновения напряжений от действия транс- портной нагрузки при недостаточной несущей способности основания или недостаточной прочности асфальтобетона на изгиб. Технологические трещины возникают в ре- зультате неправильного подбора состава ас- фальтобетонной смеси, нарушения технологии устройства конструктивных слоев и уплотне- ния смеси, а также в местах сопряжений смеж- ных полос асфальтобетонного покрытия. Усталостные трещины возникают преиму- щественно в виде поперечных трещин на ниж- ней поверхности дорожного покрытия вслед- ствие прогиба слоев дорожной одежды, затем в течение 6–12 лет в зависимости от интенсив- ности движения и климатических факторов прорастают на всю толщину дорожного покры- тия, могут также развиваться от поверхности покрытия вниз. Практика показывает, что полностью избе- жать образования трещин в дорожных покры- тиях трудно. Этот процесс связан с воздейст- вием транспортных нагрузок, перепадами тем- ператур от положительных к отрицательным, наличием трещин и швов в нижележащих сло- ях, слабого основания, различием теплофи- зических свойств материалов смежных слоев. Более того, вследствие снижения пластич- ности битума и накопления усталостных по- вреждений в климатических условиях Беларуси избежать температурных трещин через 5–6 лет эксплуатации не представляется возмож- ным [4]. Уже накоплен большой мировой опыт по повышению трещиностойкости дорожных по- крытий и ликвидации трещин. Известно несколько направлений по обес- печению трещиностойкости асфальтобетонных покрытий, основные из которых на стадии про- екта – материаловедческий (связан с улучше- нием свойств асфальтобетонов на восприятие растягивающих напряжений) и конструктивно- технологический (основан на выборе эффек- тивного конструктивного решения). Транспорт Вестник БНТУ, № 6, 2011 50 В 1969 г. Ю. Е. Никольский высказал пред- положение, что при значительных перепадах температур трещины возникают в любых ас- фальтобетонных покрытиях независимо от спо- соба улучшения их свойств [5]. Однако практи- ка показала, что вполне реально обеспечить значительное уменьшение количества темпера- турных трещин. Так, в работах В. А. Веренько, Л. Б. Гезенцвея, Н. В. Горелышева, Л. М. Гох- мана, А. В. Руденского, Э. А. Казарновской и других предлагается для обеспечения необ- ходимой деформативности асфальтобетона при низких температурах понижать вязкость биту- ма, изменять содержание щебня, модифициро- вать битум введением полимеров, регулировать модуль релаксации и другие параметры мате- риала, оказывающие влияние на образование трещин. Известен также опыт применения ас- фальтобетона с добавлением резины, получен- ной при переработке старых автомобильных шин, а также включений некоторых типов мине- ральных материалов (камень, стекло) или орга- нических (целлюлоза) волокон, действующих в качестве микроарматуры и стабилизатора [6]. Недавние исследования белорусских уче- ных показали, что наибольшей температурной трещиностойкостью обладают асфальтобетон- ные покрытия при наличии в составе асфальтобе- тонной смеси битума БМА 100/130 и минераль- ной части с большим размером зерен (70 % щеб- ня фракции 5–10 мм без использования песка) при одинаковой толщине пленок битума [7]. Однако при регулировании свойств асфаль- тобетона необходимо учитывать, что повыше- ние вязкости битума приводит к снижению температурной трещиностойкости. В этом слу- чае изменение вязкости корректируется коли- чеством вяжущего. Смеси с повышенным содержанием битума хорошо зарекомендовали себя с точки зрения повышения устойчивости к образованию отра- женных и усталостных трещин, что в то же время может привести к деформациям в виде колеи в летний период. Следовательно, прини- мая решение о том или ином изменении состава смеси, необходимо учитывать множество фак- торов, в том числе природу образования тре- щин, погодно-климатические условия, район строительства автомобильной дороги. Разработкой конструктивно-технологиче- ских решений, актуальных, прежде всего, при борьбе с отраженным трещинообразованием, занимались В. Д. Казарновский, В. А. Кретов, В. Н. Кононов и др. Особенно важен выбор определенного конструктивного решения в борьбе с отраженным трещинообразованием. Так, в мировой практике известно устройство про- межуточных слоев между слоем усиления и трещиноватым слоем покрытия. Модуль жест- кости таких слоев значительно отличается от модулей материалов окружающих их слоев, что позволяет распространять механическую энер- гию, развиваемую в месте трещины под дей- ствием температурных изменений и подвижной нагрузки, в горизонтальном направлении вме- сто концентрирования ее в основании слоя уси- ления [8]. Существует большое количество конструк- тивных решений по борьбе с трещинообразова- нием. Среди них основными можно считать следующие: • устройство прослоек из геотекстиля и ар- мирующих геосеток производства компании HUESKER Synthetic GmbH & Co марки HaTelit и из стекловолокна производства ООО «Стек- ло-Прогресс» марки «Армдор» при армирова- нии новых слоев покрытия для предотвращения возникновения отраженных трещин, армиро- вании при уширении проезжей части дороги и т. д. при условии ширины раскрытия трещин не более 1–3 мм без деформаций и неровностей на краях или со сколами краев (рис. 1, 2); а б Слой износа Связующий слой Основание Слой износа – 4 см Связующий слой – 8 см Основание – 14 см > 40 % Вестник БНТУ, № 6, 2011 Транспорт 45 Рис. 1. Схема армирования дорожного покрытия геосетками HaTelit: а – армирование новых слоев покрытия для предотвращения возникновения отраженных трещин; б – армирование при уширении проезжей части дороги Рис. 2. Схема усиления асфальтобетонного покрытия гео- сетками «Армдор»: 1 – слой усиления из асфальтобетона; 2 – трещина; 3 – геосетка «Армдор»; 4 – старое асфаль- тобетонное покрытие; 5 – основание; 6 – выравниваю- щий слой • устройство прослоек из полимерно-би- тумного вяжущего (мембрана) – французские технологии Bicomplex, Filaflex и др. (рис. 3, 4); Рис. 3. Конструкция устройства дорожной одежды по тех- нологии Bicomplex: 1 – основание с трещинами; 2 – слой песчаной смеси, обработанной вяжущим, толщина – 2 см; 3 – слой смеси Compoflex (модифицированная асфальто- бетонная смесь), толщина – 3 см Рис. 4. Конструкция устройства дорожной одежды по тех- нологии Filaflex: 1 – основание с трещинами; 2 – слой мембранного типа, состоящий из битумного вяжущего с распределенными по нему синтетическими непрерывны- ми волокнами; 3 – слой износа • использование стальной арматурной сетки для оптимального распределения нагрузок – сетка типа Mesh Track и др.; • частичное или полное фрезерование старо- го покрытия; • устройство локальных трещинопрерыва- ющих прослоек шириной 10–50 см; • устройство организованных трещин (де- формационных швов) в асфальтобетонном по- крытии при ремонте асфальто- или цементобе- тонного основания; • виброразрушение старого цементобетон- ного покрытия с последующим устройством асфальтобетонного покрытия. Своевременный ремонт и устранение тре- щин – важная задача и на стадии эксплуатации. Основным условием правильного назначения способа ремонта являются определение причин образования трещины, степени разрушения ма- териалов основания и покрытия, обоснованный выбор времени производства ремонтных работ и экономическая целесообразность затрат на выполнение ремонтных работ. Ремонт трещин производят, как правило, весной и осенью, когда они имеют значитель- ное раскрытие. Работы выполняют при сухом покрытии, в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 5 °С. Бороться с трещинами в асфальтобетонных покрытиях можно герме- тизацией без разделки трещины, а также раз- делкой трещин с последующим заполнением минеральной смесью или битумно-полимерным вяжущим. При наличии отраженных трещин с вертикальными перемещениями плит, а также силовых в виде сетки трещин предусматрива- ются замена разрушенных конструктивных слоев дорожной одежды, устройство слоев уси- ления (рис. 5а, в). Герметизацию трещин материалами холод- ного применения следует производить без раз- делки трещин при ширине раскрытия их до 5 мм (рис. 5а, б). Конструктивное исполнение способов герметизации трещин материалами горячего применения следует принимать в за- висимости от типа трещин и степени разруше- ния кромок трещин. Разделку трещин при ши- рине раскрытия 5–15 мм следует производить на ширину, равную ширине разрушения кромок трещин, но не менее 10 мм и не более 20 мм (рис. 5а–г). Отношение ширины паза трещины к его глубине должно составлять от 1:1 до 1:2. При наличии на асфальтобетонном покрытии защитного слоя (слоя износа) глубина разделки трещин должна быть увеличена на толщину защитного слоя (слоя износа) [9]. При небольшой ширине раскрытия трещин (0,5–1,0 см) в качестве герметика применя- ются модифицированная битумная эмульсия (ЭБКМ-Б-65), жидкий битум, битумно-эласто- Транспорт Вестник БНТУ, № 6, 2011 52 мерная мастика (МГБЭ Т-65), резинобитумная мастика (ТУ BY 102307985) с последующей присыпкой фрикционным материалом. При большем раскрытии используют битумно-по- лимерный герметик. В качестве фрикционно- го материала применяют песок из отсевов дроб- ления горных пород с размером зерен 2,0–4,0 (2,5–5,0) мм, песок сепарированный активиро- ванный из отсевов дробления горных пород с размером зерен 2,5–5,0 мм, крошку гранитную с размером зерен 2,5–5,0 мм, резину дробле- ную. В случае ремонта отраженных и силовых трещин со значительной шириной раскрытия в качестве герметизирующего материала ис- пользуют литой асфальтобетон, щебеночно-мас- тичные асфальтобетонные смеси. a б Рис. 5. Конструктивное исполнение способов герметиза- ции трещин по ДМД 02191.2.012-2007: а – герметизация трещин без разделки в уровень с покрытием без устрой- ства защитного слоя; б – герметизация трещин без раздел- ки с устройством защитного слоя; в – герметизация разде- ланных трещин в уровень с покрытием без устройства защитного слоя; г – герметизация разделанных трещин с устройством защитного слоя Для герметизации трещин применяют сле- дующее оборудование и приспособления: • котлы-заливщики, оборудованные термо- статической системой управления, системой масляного обогрева, рециркуляционным насо- сом и гибким шлангом для заливки трещин; • фрезерные машины ударного действия для разделки трещин и нарезчики швов, обеспечи- вающие возможность регулирования ширины устраиваемого паза 10–20 мм и глубины паза 10–40 мм; • водоструйные установки высокого давле- ния, обеспечивающие давление до 20 МПа; • компрессоры производительностью не ме- нее 5 м3/мин, с давлением сжатого воздуха не менее 0,5 МПа с эффективными системами масловодоочистки; • аппараты горячего воздуха, работающие совместно с компрессором и обеспечивающие температуру воздуха на выходе из сопла горел- ки 180–250 °С; • аппликаторы стальные для заливки тре- щин и устройства защитного слоя с требуемы- ми геометрическими параметрами. Для закрепления ремонтного материала в трещинах можно заклеить трещину геотекстиль- ным материалом шириной 8–12 см (рис. 6). Такой способ применим при заделке узких и средних трещин. Опыт показывает, что про- исходит увеличение в четыре раза сроков службы заделки трещин по сравнению с обыч- ным их заполнением ремонтным материалом. а б Рис. 6. Закрепление ремонтного материала геотекстиль- ными лентами: а – узкие и средние трещины; б – широкие и очень широкие трещины; 1 – покрытие; 2 – основание; 3 – остатки пыли, песка, щебня; 4 – ремонтный материал для заполнения трещин; 5 – битум; 6 – геотекстильный материал В местах, где несколько трещин расположе- ны рядом или образовалась сетка трещин, устраивается поверхностная обработка на всей площади. Такая технология широко применяет- ся во Франции и ряде других стран. Достоин- ство технологии ремонта трещин методом по- верхностной обработки состоит в отсутствии ручного труда, высокой производительности и экономичности. Наиболее целесообразно применение этой технологии для ремонта мел- ких трещин на ранней стадии их развития, что позволяет предупредить образование выбоин, т. е. практически избежать необходимости ямоч- ного ремонта. Для исключения трещинообразования воз- можно также принятие кардинального реше- ния – через 3–4 года эксплуатации производить ≤ 75 мм ≤ 75 мм 10–20 мм ≤ 5 мм 10–20 мм 10 –4 0 м м 10 –4 0 м м ≤ 2 м м ≤ 2 м м 8–10 см 8–10 см в г Вестник БНТУ, № 6, 2011 Транспорт 53 нарезку деформационных швов сжатия в ас- фальтобетонном покрытии аналогично цемен- тобетону. В результате анализа научных публикаций и нормативной литературы по проблеме повы- шения трещиностойкости дорожных покрытий и методам борьбы с образовавшимися трещи- нами следует отметить, что в борьбе с трещи- нообразованием должен преобладать ком- плексный подход. Необходимо учитывать как свойства материалов, так и конструкцию до- рожных одежд, погодно-климатические харак- теристики района прохождения автомобильной дороги, интенсивность движения транспорта по отдельным ее участкам, а в случае проведения ремонтных мероприятий – природу возникно- вения трещин и степень их развития. В Ы В О Д Ы 1. Борьба с трещинообразованием в дорож- ных покрытиях является актуальным направле- нием в мировой практике. Применение эффек- тивных методов ликвидации трещин позволи- ло бы увеличить сроки службы покрытий, сни- зить затраты на их содержание и ремонт. Боль- шая работа проделана учеными как по совер- шенствованию составов асфальтобетонов с це- лью предотвращения появления температурных и усталостных трещин, так и по разработке конструктивно-технологических мероприятий (главным образом для решения проблемы воз- никновения отраженных трещин в асфальтобе- тонных слоях усиления). 2. Комплексного решения проблемы, объ- единяющего в себе как материаловедческий подход, так и конструктивный, на сегодняшний день нет. К примеру, использование асфальто- бетонной смеси с высоким содержанием биту- ма в сочетании с устройством армирующего слоя из геосинтетического материала позволи- ло бы на долгое время решить проблему обра- зования отраженных трещин, особенно харак- терную при устройстве асфальтобетонных сло- ев усиления на цементобетонном основании. 3. Существующие технологии герметизации трещин в дорожных покрытиях на стадии экс- плуатации достаточно эффективно позволяют ликвидировать трещины в зависимости от их природы и ширины раскрытия. Однако необхо- дима разработка системы диагностики и борь- бы с трещинами шириной раскрытия до 2 мм с целью предотвращения их дальнейшего раз- вития, приводящего к серьезным повреждениям верхнего слоя дорожного покрытия. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Богуславский, А. М. Асфальтобетонные покры- тия / А. М. Богуславский, Л. Г. Ефремов. – М.: МАДИ, 1981. – 145 с. 2. Богуславский, А. М. Основы реологии асфальто- бетона / А. М. Богуславский, Л. А. Богуславский. – М.: Высш. шк., 1972. – 199 с. 3. Леонович, И. И. Диагностика и управление каче- ством автомобильных дорог: учеб. пособие / И. И. Леоно- вич, С. В. Богданович, И. В. Нестерович. – Минск: Новое знание, 2011. – 350 с. 4. Веренько, В. А. Деформации и разрушения дорож- ных покрытий: причины и пути устранения / В. А. Ве- ренько. – Минск: Беларуская Энцыклапедыя iмя П. Броў- кi, 2008. – 304 с. 5. Прочность и долговечность асфальтобетона / под ред. Б. И. Ладыгина. – Минск: Наука и техника, 1972. – 187 с. 6. Дорожно-строительные материалы / М. И. Волков [и др.] – М.: Транспорт, 1975. – 527 с. 7. Кравченко, С. Е. Низкотемпературные напряжения как критерий влияния компонентов асфальтобетонной смеси на трещиностойкость асфальтобетонных покрытий / С. Е. Кравченко, Д. Л. Сериков // Автомобильные дороги и мосты. – 2010. – № 2 (6). – С. 70–77. 8. Красноперов, А. Р. Учет влияния конструктивных параметров дорожных одежд на отраженное трещинообра- зование в асфальтобетонных слоях усиления: дис. … канд. техн. наук: 05.23.11 / А. Р. Красноперов. – М., 2000. – 162 с. 9. Рекомендации по герметизации трещин асфаль- тобетонных покрытий автомобильных дорог: ДМД 02191.2.012–2007. – Введ. 02.01.2008. – Минск: Минтранс, 2008. – 19 с. Поступила 20.06.2011