Технологія холодного ресайклінгу

Альтернативний метод терморегенерації або термофрезерного відновлення втрачених у процесі експлуатації властивостей та якостей асфальтобетонного покриття. Економічна привабливість і плідність цієї технології полягала в тому, що наявний у дорозі матеріал використовувався повторно. Тому відпадала потреба вивозити з дороги старий, що видаляється, і привозити новий асфальтобетон. Однак цей гарячий метод себе не виправдав через швидке старіння бітуму і низьку довговічність покриттів, що відновлюються (руйнування починалися через 2-3 роки).

Мал. 1. Ресайклер WR2500 фірми Wirtgen (Німеччина) у роботі

Термофрезерний спосіб, що справно відслужив свій час у різних технологічних варіаціях (remix, remix plus, repave та ін.) і поступово відходить від серйозного використання, став поступово витіснятися методом холодного фрезерного видалення дефектних і зношених покриттів із заміною знятого асфальтобетону на привізний новий («свіжий» .

Цей метод згодом став технологічним пріоритетом для шляховиків більшості країн світу, незважаючи на очевидність його витратного характеру та відступ від головного принципу гарячої регенерації – безвідходності та економічності.

Потрібно було знову шукати та розробляти інші альтернативні рішення. Так близько 12-13 років тому з'явилася приваблива та перспективна технологія холодного ресайклінгу дорожнього одягу на місці або прямо на дорозі (cold deep in-place recycling). Вона отримала світове визнання за своє повернення до головних ідей терморегенерації, але на більш високому якісному рівні кінцевого результату, і в першу чергу щодо довговічності або термінів служби дорожніх одягів, що відновлюються за цією технологією.асфальтобетонним покриттям.

Мал. 2. Машина RM-350B фірми Caterpillar для холодної регенерації та стабілізації дорожнього покриття

Незважаючи на свою відносну молодість, географія та обсяги практичного використання холодного ресайклінгу стали поступово розширюватися, особливо після появи та насичення ринку спеціальними машинами фірмWirtgen, Німеччина (рис. 1),Caterpillar, США (рис. 2),Bomag, Німеччина (рис. 8) та інших. Є підстави вважати, що пік популярності та виробничих успіхів у холодного ресайклінгу ще попереду.

Довгий час у СРСР найбільш поширеним способом відновлення та підвищення міцнісних та експлуатаційних показників дефектних та зношених дорожніх одягів було влаштування додаткового шару посилення (4–5 см) поверх підготовленого ямковим ремонтом старого покриття. Порочність його полягала в тому, що через порівняно невеликий час у новому шарі копіювалися дефекти старого покриття, особливо так звані відбиті тріщини. Попереднє укладання над старими тріщинами спеціальних геосинтетичних сіток дещо відсувало термін їх появи, але не виключало зовсім.

p align="justify"> Технологія гарячої регенерації тривалий час також була на озброєнні деяких великих підрядників, перш за все у великих містах і на магістральних дорогах. Через дорожнечу комплекту машин для технології, наприклад, remix середні та дрібні дорожні підрозділи були позбавлені можливості купувати цей комплект та завантажувати його належним обсягом робіт. Тому необхідний ремонт та реконструкція покриттів проводилися в основному за першим, порочним способом.

Щоправда, з появою і ширшою доступністю середніх і великих менш дорогих, ніж реміксери, холодних фрезПрактично всі підрядники, у тому числі виконують ямковий ремонт, перейшли на повсюдно і широко застосовується спосіб заміщення зношеного асфальтобетону, що видаляється цими холодними фрезами, на новий зі свіжої суміші. Такий витратний спосіб переважає зараз капітальний ремонт покриттів більшості доріг.

А суть цієї нової технології полягає в тому, що для повторного або подальшого використання зношеного і дефектного дорожнього одягу (мал. 3), що лежить у дорозі, зістарився і зруйнованого матеріалу, необхідно певне його зміцнення (стабілізація) комплексними добавками органічних (гарячий бітум, спінений бітум, бітумна емульсія) та мінеральних (в основному цемент, рідше вапно) в'яжучих. Для цього і створено холодний ресайклер, який здатний своїм потужним фрезерним барабаном подрібнити матеріал дорожнього одягу (покриття та основи) на глибину до 30 см, а в деяких випадках і більше, з одночасною його обробкою в'язкими (стабілізаторами) і з розподілом рівним шаром. Наступне заключне ущільнення виконується звичайними дорожніми катками.

Мал. 3. Типи дефектів та руйнувань дорожнього одягу

Мал. 4. Схема глибокого (А) та тонкого або дрібного (В) холодного ресайклінгу

Необхідно особливо відзначити, що сьогодні слід чітко поділяти холодний ресайклінг на малу глибину (дрібний або неглибокий ресайклінг до 10 см) і на велику глибину (глибокий ресайклінг до 30 см і більше, рис. 4). Такий поділ зумовлює використання певного набору кілька різних машин, іншого типу та кількості в'яжучих, різні витрати на виконання роботи (у дрібному ресайклінгу вони менші).

Взагалі холодний ресайклінг спочатку замислювався та розроблявся як варіант глибокоїспільної стабілізації (зміцнення) шарів покриття та основи бітумною емульсією з добавками цементу або вапна. Під цей варіант створювалися і перші відповідні машини, що відповідають первісній англійській назві холодного ресайклінгу, в якому був присутній термін «глибокий». Це потім, у процесі накопичення міжнародного досвіду, стала очевидною доцільність і необхідність мати і варіант дрібного ресайклінгу.

Мал. 5. Набір машин та схема подачі в'яжучих в робочу камеру ресайклера при зміцненні матеріалу бітумною емульсією та цементом

На рис. 5 показані набір необхідних машин і схема подачі в'яжучих матеріалів робочу камеру фрезерного барабана ресайклераWR 2500 фірми Wirtgen, розроблених для глибокої стабілізації шарів покриття і підстави емульсією бітумної з добавкою цементу у вигляді водоцементної пастоподібної суспензі. Витрата емульсії, як правило, не перевищує 4-4,5% від маси матеріалу, що зміцнюється, а добавка цементу - не більше 1,5-2%. Цемент покликаний підвищити властивості міцності комплексно зміцнюваного матеріалу, а обмежена його витрата обумовлена прагненням уникнути можливих тріщин в шарі цього матеріалу.

Правда, в такому варіанті зміцнення може виникнути трудноща, пов'язана з підбором типу та складу емульсії, яка б хімічно була придатна як для асфальтобетонного матеріалу покриття, так і для матеріалу основи (найчастіше щебінь з різних порід каменю). Якщо це складно зробити, можна використовувати замість емульсії, але в тій же комбінації з цементом і з тією самою його витратою спінений бітум. Тим більше, що цей варіант може виявитися навіть якіснішим і дешевшим, оскільки вартості емульсії та бітуму для спінювання практично однакові, а витрата емульсії дещо більша.витрати спіненого бітуму через те, що частка самого бітуму в обох випадках зміцнення має бути рівною. Але бітуму в емульсії лише близько 60%. У результаті виходить вартість бітуму в емульсії приблизно в 1,5 рази вище за чистий бітум.

Найчастіше спінений бітум із цементом використовується у технології зміцнення подрібненого фрезою асфальтобетонного матеріалу із шарів покриття, тобто. у дрібному холодному ресайклінгу. На рис. 6 представлений набір машин для цієї технології та схема подачі в'яжучих матеріалів до робочої камери того ж ресайклера WR2500 фірми Wirtgen.

Мал. 6. Набір машин та схема подачі бітуму та води в робочу камеру ресайклера при зміцненні матеріалу спіненим бітумом

Висока та стійка якість зміцнення таким способом дефектних шарів покриття забезпечується саме свіжим спіненим бітумом, який утворюється під час його упорскування у гарячому вигляді (175–180 °C) із цистерни бітумовоза та холодної води до робочої камери ресайклеру. У момент контакту з водою гарячий бітум збільшує свій об'єм до 20 разів, утворюючи піну з життєстійкістю не менше 10-15 с, цілком достатніх для необхідної обробки подрібненого матеріалу.

У спіненому вигляді бітум рівномірніше і тонше покриває кожну частину матеріалу, покращуючи його якість та скорочуючи до мінімуму (до 2,5–3%) свою витрату.

При підготовці об'єкта до ремонтних робіт за технологією холодного ресайклінгу виключно важлива та відповідальна роль інженерно-технологічної та лабораторної служб підрядника, проектувальника та, звичайно ж, замовника.

Всі вони разом повинні дати точну оцінку реального стану дорожнього одягу або окремо покриття за результатами лабораторних випробувань відібраних кернів та матеріалів, а також польових обстежень та вимірів дефектів.руйнувань та прогинів дорожнього одягу. Зрештою від цих результатів та оцінок залежить важливий вибір варіанта технології холодного ресайклінгу – дрібний (неглибокий) або глибокий.

Не менш важливий для зазначених служб другий етап підготовки, пов'язаний з підбором складу матеріалу, що зміцнюється з дороги і в'яжучого. На підставі відпрацьованої рецептури проводиться розрахунок міцності і конструювання нового дорожнього одягу (або покриття), складаються робочий проект і проект виконання робіт (ППР).

І, нарешті, третій етап передбачає обов'язковий лабораторний та польовий контроль якості матеріалів та робіт. Без такого професійно грамотного і, можливо, навіть «прискіпливого» контролю складу суміші, її міцності, щільності, товщини шарів та інших показників неможливий очікуваний кінцевий результат і економічна ефективність технології холодного ресайклінгу.

На рис. 7 як приклад наведена схема зношеного та дефектного дорожнього одягу, призначеного для ремонту. У попередні періоди експлуатації вона вже ремонтувалася шляхом простого укладання зверху додаткового шару асфальтобетону завтовшки 5 см.

Мал. 7. Варіанти ремонту дефектного асфальтобетонного покриття, у тому числі дрібним холодним ресайклінгом

Два варіанти передбачуваного ремонту показані на тій же схемі, у тому числі за допомогою дрібного холодного ресайклінгу (товщина шару або глибина 10 см, для зміцнення використовується емульсія бітумна з цементом або спінений бітум з цементом, їх витрата наведена на схемі), який порівнюється з методом заміщення 10 см зношених верхніх шарів таким новим шаром зі свіжої суміші. Несуча здатність і термін служби дорожнього одягу в цих випадках прийняті однаковимивідповідати завданню замовника.

Мал. 8. Ресайклер фірми Bomag для стабілізації ґрунту та холодної регенерації дорожнього полотна

Не менш важливим показником нової технології є продуктивність чи швидкість ремонту покриттів. Зазвичай робоча швидкість ресайклера задається ППР і може значно змінюватись відповідно до конкретних умов виконання ремонту. Однак, у найзагальніших рисах, реальна швидкість, наприклад, холодного ресайклераRM-350B фірми Caterpillar змінюється від 5 м/хв (фрезерне подрібнення жорстких та міцних матеріалів на максимальну глибину 38 см) до 24 м/хв. (подрібнення та перемішування менш міцних матеріалів шаром не більше 10 см).

За середніх умов експлуатації RM-350B його робоча швидкість відповідає 9-12 м/хв або в середньому 10 м/хв. За 8 годин на такій швидкості холодний ресайклер із шириною фрези 2,44 м здатний виконати свою роботу на 1,2 км покриття шириною 7 м. При вахтовій зміні (12 год) протяжність підготовленого шару дорожнього одягу під укладання наступного верхнього шару може зрости майже до 2 км. А це вже не лише здешевить, а й скоротить загальний термін ремонту дорожнього одягу з асфальтобетонним покриттям за цією технологією.