Возможности продления срока службы дорожного покрытия Basalt-Actien-Gesellschaft Dr.-Ing. Karl-Heinz Kolb Zentralabteilung Technik Asphalt. - презентация

1 Возможности продления срока службы дорожного покрытия Basalt-Actien-Gesellschaft Dr.-Ing. Karl-Heinz Kolb Zentralabteilung Technik Asphalt

2 Содержание The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Виды типичных повреждений Факторы, влияющие на срок использования дорожного покрытия Природный камень o Мелкий щебень, песок, заполнители Битумы o Дорожные битумы vs. Модифицированные битумы Асфальт o Асфальтобетон vs. ЩМА Заключение Виды типичных повреждений Факторы, влияющие на срок использования дорожного покрытия Природный камень o Мелкий щебень, песок, заполнители Битумы o Дорожные битумы vs. Модифицированные битумы Асфальт o Асфальтобетон vs. ЩМА Заключение

3 Виды типичных повреждений Виды повреждений и возможные причины Недостаточная несущая способность грунта; Низкое сопротивление деформации; Неправильный состав асфальтной смеси The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

4 Типичные виды повреждений Недостаточная несущая способность грунта; Низкое сопротивление деформации; Неправильный состав асфальтной смеси; Недостаточное уплотнение обочины Виды повреждений и возможные причины The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

5 Неправильная подготовка грунта Трещины в бетонных плитах Низкое сопротивление деформации Неверный состав асфальтной смеси Виды повреждений и возможные причины Типичные виды повреждений The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

6 Виды повреждений и возможные причины Типичные виды повреждений Ошибки в измерениях Неправильный состав асфальтной смеси Плохая связь между слоями The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

7 Факторы, влияющие на срок службы асфальтового покрытия Планирование, дизайн, тендер Разработка строительного матрериала Производство строительной смеси Строительство дороги Меры по поддержанию Влияние транспорта и климата The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

8 Факторы, влияющие на планирование и дизайн Интенсивность дорожного движения Климатические условия Существующие условия грунта Имеющиеся в наличии материалы Экономические факторы Интенсивность дорожного движения Климатические условия Существующие условия грунта Имеющиеся в наличии материалы Экономические факторы The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

9 Требования, предъявляемые к асфальтированным дорогам Теребования пользователя по отношению к поверхности: Гладкость (комфорт) Хорошее сцепление (безопасность) Яркость(безопасность) строительной организации: Долговечность o Хорошее противодействие деформации o Усталостная прочность o морозоустоячивость Экономическая выгода Теребования пользователя по отношению к поверхности: Гладкость (комфорт) Хорошее сцепление (безопасность) Яркость(безопасность) строительной организации: Долговечность o Хорошее противодействие деформации o Усталостная прочность o морозоустоячивость Экономическая выгода The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

10 Средний срок службы асфальтных покрытий в Германии Асфальтовая поверхность: o Асфальтобетон: 12 – 20 лет o Щебеночно-мастичный асфальт 14 – 25 лет Связующие слои:25 – 26 лет Слои основания: 55 лет Источник: Rosauer, 2010 Асфальтовая поверхность: o Асфальтобетон: 12 – 20 лет o Щебеночно-мастичный асфальт 14 – 25 лет Связующие слои:25 – 26 лет Слои основания: 55 лет Источник: Rosauer, 2010 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

11 Факторы, влияющие на качество асфальта Решающие факторы: Качество используемых строительных материалов (мелкий щебень, песок, заполнители и битумы) Состав смеси Производство асфальта Укладка асфальта The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

12 Свойства щебня The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Механическая прочность Морозоустой- чивость СцеплениеЦвет отличные свойства хорошие свойства удовлетворительные свойства Андезит Базальт Серая Вакка Гнейс Кварцит Гранит Габбро Диорит Диабаз Риолит Песчаник Кварцевый Порфир

13 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Форма щебнякубовиднаякруглаялещадная устойчивость шероховатость уплотнение трение (зазубренность) Влияние формы и поверхности щебня на свойства асфальта (мелкий щебень, песок и заполнители) Необходима для создания безопасного асфальтового покрытия с длительным сроком службы и высоким уровнем сопротивления деформации Отличные свойства хорошие свойстваудовлетворительные свойства

14 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Факторы, влияющие на адгезию щебня и битума Щебень Заполнители Битум Асфальт Химический состав Морфология -Микротекстура -пористость -шероховатость Минералогия Химический состав Морфология -микротекстура -пористость -шероховатость Специфическая поверхность Химический состав Физические свойства -вязкость -когезия Вода Кислород Температура Механическое воздействие Источник: Hirsch; 2009

15 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Факторы, влияющие на адгезию щебня и битума Теории по определению адгезии: Теория возникновения пленки (возникновение промежуточных слоев) Механическая модель(механическое сцепление) Электростатическая модель (притяжение позитивно и негативно заряженных поверхностей) Химическая модель(Ориентирование полярных молекул в битумах в направлении поверхности щебня) Термодинамическая модель (Межмолекулярная сила притяжения энергий поверхности) Источник: BASt, Straßenbau Heft S59; 2009 Теории по определению адгезии: Теория возникновения пленки (возникновение промежуточных слоев) Механическая модель(механическое сцепление) Электростатическая модель (притяжение позитивно и негативно заряженных поверхностей) Химическая модель(Ориентирование полярных молекул в битумах в направлении поверхности щебня) Термодинамическая модель (Межмолекулярная сила притяжения энергий поверхности) Источник: BASt, Straßenbau Heft S59; 2009

16 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Факторы, влияющие на адгезию щебня и битума Пограничная поверхность между битумом и щебнем при увеличении в раз (слева) и раз (справа) Источник: TU Wien Возникновение битумной пленки на поверхности щебня Механическое сцепление Щебень Битум Агрегат

17 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Факторы, влияющие на адгезию щебня и битума Типовой русский состав

18 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Влияние гранулометрического состава Подразделение фракций по европейским нормам 1.< 0,063 мм 2.0/2,0 мм 3.2/5,6 мм 4.5,6/8 мм 5.8/11,2 мм 6.11,2/16 мм 7.16/22,4 мм 8.22,4/32 мм 9.32/45 мм 1.< 0,063 мм 2.0/2,0 мм 3.2/5,6 мм 4.5,6/8 мм 5.8/11,2 мм 6.11,2/16 мм 7.16/22,4 мм 8.22,4/32 мм 9.32/45 мм Запол- нители Песок Запол- нители Песок Крупные фракции Мелкие фракции Почему важно разделение на классы? Почему очень важно разделение на 0/2,0 и 2/5,6 мм? Почему важно разделение на классы? Почему очень важно разделение на 0/2,0 и 2/5,6 мм?

19 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Влияние гранулометрического состава Классы согласно европейским нормам Поверхность фракции от зерен меньше 2,0 мм (98,3%) очень важно для качество асфальта: Адгезия Потребность в вяжущих Зубчатое зацепление зерен Поверхность фракции от зерен меньше 2,0 мм (98,3%) очень важно для качество асфальта: Адгезия Потребность в вяжущих Зубчатое зацепление зерен

20 The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Влияние гранулометрического состава Распределение поверхностей в асфальте по ЩМА 20 98,3 % от поверхности! 1,7 % от поверхности! 2,0 мм

21 Основные требования к щебню Требования по качеству щебня тем выше, чем ближе к поверхности мы находимся несущий слой связующий слой дорожное покрытие Лещадность оказывает решающее влияние на сопротивление деформации Большое количество гранулометрических фракций (классов) для определения оптимального гранулометрического состава в асфальтной смеси Сопротивление сжатию щебня имеет решающее значение Сцепление с битумом влияет на долговечность асфальта Фракции важны для безопасности (гололед) Требования по качеству щебня тем выше, чем ближе к поверхности мы находимся несущий слой связующий слой дорожное покрытие Лещадность оказывает решающее влияние на сопротивление деформации Большое количество гранулометрических фракций (классов) для определения оптимального гранулометрического состава в асфальтной смеси Сопротивление сжатию щебня имеет решающее значение Сцепление с битумом влияет на долговечность асфальта Фракции важны для безопасности (гололед) The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

22 Требования к битумам Высокая жесткость при высоких температурах Низкая вязкость при низких температурах Хорошее сцепление со щебнем Высокое сопротивление старению Высокая жесткость при высоких температурах Низкая вязкость при низких температурах Хорошее сцепление со щебнем Высокое сопротивление старению The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

23 Адгезия - Связывающая способность между щебнем и связующим веществом Когезия - вязкое - пластичное - эластичное поведение (в зависимоти от температуры) Старение - Изменения ввиду термического воздействия - Изменения, связанные с окислением - Структурное старение Источник: Radenberg; 2011 Основные свойства битумов The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

24 Зависимость реологических свойств от температуры: Источник: ZENKE Реологические свойства The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Температура хрупкостиТемпература применениеТемпература обработки Приблизительно -20°C Приблизительно +50°C Температура хрупкости Температура размягчения обогревание похолодание обогревание похолодание Ньютон (вязкая жидкость) Доказательство закона изменения вещества на упрощенных моделях Максвелл (эластичная вязкая жидкость ) Бургерс (комплексная жидкость) Кельвин (эластичное вязкое твёрдое вещество) Гук (эластичное твёрдое вещество)

25 Высокие температуры Низкие температуры Температура размягчения по кольцу и шару температура хрупкости по фраасу трещины выбоины Образование углублений Интервал пластичности битума Преимущества модификации полимерами The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

26 Каковы преимущества модификации? Модификация битумов полимерами The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

27 Различные виды полимеров The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Полимеры ЭластомерыПластомерыДуропласты например пластик (СБС) и резина

28 Строительные битумы: Интервал пластичности битума Увеличение интервала пластичности температура хрупкости по фраасу Температура размягчения по кольцу и шару Модификация Битумы, модифицированные полимерами (Пмб): Каковы преимущества модификации полимерами? The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 температура хрупкости по фраасу Интервал пластичности битума Температура размягчения по кольцу и шару

29 Упрощенная схематическая структура Пмб The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Температура хрупкости по фраасу Температура размягчения по кольцу и шару Температура хрупкости по фраасу Температура размягчения по кольцу и шару Модификация с полимерами Температура хрупкости Температура применение Температура обработки Температура хрупкости Температура применениеТемпература обработки

30 Сравнение строительного битума и Пмб Снижения риска образования трещин и углублений The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, Строительный битум сорта 50/ Битум, модифицированный полимерами (Пмб), сорта 25/55-55

31 Каковы преимущества модификации полимерами? Улучшенное сопротивление деформации Улучшенная усталостная прочность лучшенная морозостойкость Увеличение интервала пластичности Улучшенные адгезивные свойства Улучшенное сопротивление старению Улучшенное сопротивление деформации Улучшенная усталостная прочность лучшенная морозостойкость Увеличение интервала пластичности Улучшенные адгезивные свойства Улучшенное сопротивление старению The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

32 Принципиальные различия между асфальтобетоном и ЩМА The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 АсфальтбетонЩМА

33 Источник: TEERBAU-Veröffentlichungen The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Принципиальные различия Асфальтобетон Использование шипованой резины на асфальтобетонном покрытии бысро приводит к повреждениям

34 Высокое содержание мелкого щебня с высокой прочностью показывает высокий уровень сопротивления воздействию шипов The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Принципиальные различия ЩМА

35 Основные отличия: Высокое содержание мелкого щебня Высокое содержание крупных фракций Высокое содержание связующих веществ Стабилизирующие добавки Состав смеси и качество мелкого щебня Состав смеси Главная воздействия The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014 Асфальтобетон ЩМА Принципиальные различия между асфальтобетоном и ЩМА

36 Преимущества и недостатки ЩМА по сравнению с асфальтобетоном Преимущества: Более высокое противодействие деформации, в частности при использовании шипованой резины, ввиду высокого содержания мелкого щебня с высоким уровнем твердости Износостойкость благодаря высокому противодействию деформации Зернистая текстура поверхности и хорошая шероховатость ведут к улучшенному сцеплению Хорошо показытели срока использования при сильной транспортной нагрузке Недостатки: Более высокая стоимость материалов Необходим мелкий щебень высокого качества, большая доля связующих и волокнистых веществ Более высокие производственные затраты (добавление присадок, время, затраченное на изготовление смеси) Более сложная укладка (уплотнение) Преимущества: Более высокое противодействие деформации, в частности при использовании шипованой резины, ввиду высокого содержания мелкого щебня с высоким уровнем твердости Износостойкость благодаря высокому противодействию деформации Зернистая текстура поверхности и хорошая шероховатость ведут к улучшенному сцеплению Хорошо показытели срока использования при сильной транспортной нагрузке Недостатки: Более высокая стоимость материалов Необходим мелкий щебень высокого качества, большая доля связующих и волокнистых веществ Более высокие производственные затраты (добавление присадок, время, затраченное на изготовление смеси) Более сложная укладка (уплотнение) The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

37 Заключение Высокое качество на всех этапах производственного цикла себя оправдывает Щебень o Высокое качество– габбро лучше, чем гранит Битумы o ПМБ лучше, чем строительные битумы Асфальт o ЩМА лучше, чем асфальтобетон o Рецепты смесей с 6 вместо 4 классов Аккуратная качественная укладка асфальтных слоев Высокое качество на всех этапах производственного цикла себя оправдывает Щебень o Высокое качество– габбро лучше, чем гранит Битумы o ПМБ лучше, чем строительные битумы Асфальт o ЩМА лучше, чем асфальтобетон o Рецепты смесей с 6 вместо 4 классов Аккуратная качественная укладка асфальтных слоев The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

38 Альтернативное использование выбоин The 7 th International scientific and technical conference Roads modernization: experience and prospects Ekaterinburg, Russia; April 17-18, 2014

39 Спасибо за внимание!