Способ повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильной дороги
Владельцы патента RU 2550710:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для строительства автомобильной дорог, расположенных в географических широтах с резко континентальным климатом, где температура может колебаться от +50 до -50°С. В асфальтовом слое на расстоянии 5-10 м друг от друга фрезеруют полости, промазывают их жидким битумом и укладывают в них ленты из эластично-упругого материала, представляющего собой полимерную композицию на основе двух жидковязких низкомолекулярных каучуков с концевыми функциональными карбоксильными и эпоксидными группами, сополимеризующимися и трехмерно сшивающимися агентом с тремя эпоксидными группами, при этом образуются деформационные швы. Полости выполняют шириной 10-30 мм и длиной, равной ширине асфальтового слоя, затем по ширине дороги поверх деформационных швов накатывают рулонное покрытие толщиной 10-15 мм из того же материала. Способ позволяет получать дорожное покрытие, которое будет успешно эксплуатироваться в зимнее и летнее время без образования поперечных и продольных трещин, срок службы которого может достигать 30 лет без ремонта. 1 пр.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для строительства автомобильной дорог, расположенных в географических широтах с резко континентальным климатом, где температура может колебаться от +50 до 50°C.
Известны способы повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильных мостов путем использования деформационных швов различных конструкций, выполняющих роль температурных компенсаторов в стыках секций мостов. Швы при этом заполняют термопластичной мастикой на основе нефтяного гудрона, полимерно-битумных вяжущих или термопластичных высокомолекулярных полимеров, армированных сетками из нитей полиэфира, полиамида («нейлона») или стекловолокна (В.И. Шестериков. Деформационные швы в автодорожных мостах. М.: Транспорт, 1978, с.7-9; RU 2069042, опубл. 10.11.1996 г.; RU 2158797, опубл. 10.11.2000 г.).
Общим недостатком известных способов является ненадежная защита асфальтового покрытия от поперечного трещинообразования в зимний период и от ползучего деформирования - в летний. Расчеты показывают, что для климатических зон с морозами до -50°C разрывная деформация материала таких швов должна составлять не менее 21% (В.В. Ушаков. Ремонт цементобетонных покрытий автомобильных дорог. // Автомобильные дороги, 2002, №6, с.1-15). При этом для обычного асфальта при температурах - 20-30°C этот параметр будет составлять 0,1-0,2% соответственно.
Кроме того, известные способы характеризуются конструктивной сложностью при осуществлении и дороговизной. Поэтому для многокилометровых автомобильных дорог, вдоль которых в зимний период регулярно возникают поперечные трещины из-за перехода вяжущего в стеклообразное состояние, использование таких способов является неэффективным и нецелесообразным.
Известны также способы повышения долговечности асфальтовых покрытий автомобильных дорог путем армирования их геосетками (http://asfalt.kiev.ua/stt_armirovanie_asfalta.html) из стекловолокна, полиэстера, базальтового волокна и ряда других материалов. Полиэфирная сетка типа «Халемит», например, обладает высокими техническими характеристиками, однако не выдерживает проходов тяжелого автотранспорта при дорожных работах, а также является неморозостойкой, так же как и остальные перечисленные материалы.
Наиболее близким к заявляемому является способ повышения долговечности асфальтовых покрытий, исключающий появление продольных трещин при эксплуатации путем нанесения гидроизоляционного морозостойкого рулонного покрытия на полимерной основе (RU 2473581, опубл. 27.01.2013 г.).
Материал покрытия представляет собой полимерную композицию на основе двух жидковязких низкомолекулярных каучуков с концевыми функциональными карбоксильными и эпоксидными группами, сополимеризующимися и трехмерно сшивающимися агентом с тремя эпоксидными группами. В качестве наполнителя применяется полифракционный диоксид кремния. Этот эластично-упругий материал в качестве гидроизоляционного морозостойкого рулонного покрытия асфальта имеет при стандартной скорости одноосного растяжения следующие значения разрывной деформации: при температурах до +50°C - 48-51%, при температурах -50°C - 21-23%.
Однако использование рулонного сплошного покрытия из такого материала не позволяет избежать поперечных трещин при низких температурах до -50°C, которые возникают от температурных нагрузок дороги и в результате образования льда, разрушающего дорожное покрытие из-за его объемного расширения при замерзании воды. Изготовление деформационных швов из подобного морозостойкого материала из источников информации неизвестно.
Технический результат заключается в создании способа повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильной дороги с высоким сроком эксплуатации до 30 лет путем предотвращения возникновения поперечных и продольных трещин в асфальтовом покрытии при его эксплуатации в зимнее время при температурах до -50°C.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильной дороги с использованием эластично-упругого материала, представляющего собой полимерную композицию на основе двух жидковязких низкомолекулярных каучуков с концевыми функциональными карбоксильными и эпоксидными группами, сополимеризующимися и трехмерно сшивающимися агентом с тремя эпоксидными группами, согласно изобретению в асфальтовом слое на расстоянии 5-10 м друг от друга фрезеруют полости, промазывают их жидким битумом и укладывают в них ленты из указанного эластично-упругого материала с образованием деформационных швов, полости выполняют шириной 10-30 мм и длиной, равной ширине асфальтового слоя, затем по ширине дороги поверх деформационных швов накатывают рулонное покрытие толщиной 10-15 мм из того же материала.
Ширина полостей для укладки ленты составляет 10-30 мм. Ширина полости меньше 10 мм будет недостаточной, а полученный деформационный шов будет малоэффективным. Ширина полости и шва больше 30 мм приведет к большому расходу материала без существенного повышения положительного эффекта. Толщина рулонного покрытия также должна быть в интервале 10-15 мм, что объясняется экономической и технической целесообразностями. Кроме того, расстояние между деформационными швами зависит от морозности зим. Чем ниже температура в зоне дороги, тем меньше расстояние между швами.
Последовательная укладка лент из указанного материала на расстоянии 5-10 м друг от друга на жидкий битум и дальнейшее накатывание рулонного покрытия на асфальт позволяет получать дорожное покрытие, которое будет успешно эксплуатироваться в зимнее и летнее время без образования поперечных и продольных трещин, срок службы которого может достигать 30 лет без ремонта.
Способ осуществляется следующим образом.
Ленты нарезают из полотна эластично-упругого материала, который представляет собой полимерную композицию на основе двух жидковязких низкомолекулярных каучуков с концевыми функциональными карбоксильными и эпоксидными группами, сополимеризующимися и трехмерно сшивающимися агентом с тремя эпоксидными группами. Ленты, имеющие заданную ширину и длину, равную ширине асфальтового слоя дороги, укладывают в профрезерованные заранее полости в асфальте на залитый в них жидкий битум. Полости расположены на расстоянии 5-10 м друг от друга. При остывании битума образуются деформационные швы. Поверх деформационных швов накатывают рулонное покрытие толщиной 10-15 мм из того же материала, что и ленты.
Пример
На участке дороги в 100 м шириной 9 м фрезой в асфальте через каждые 10 м профрезеровали 10 канав - полостей шириной 30 мм и длиной 9 м. Полости промазали жидким битумом класса CГ. В полости уложили 10 лент шириной 30 мм и длиной 9 м. После остывания битума в течение 1 часа на этот участок дороги с помощью дорожной техники параллельно поверх деформационных швов накатали 3 рулонных слоя шириной по 3 м.
Ниже представлены составы двух использованных эластично-упругих материалов, содержащих разные по количественному содержанию компонентов:
Состав 1:
Низкомолекулярные каучуки - полибутадиеновый марки СКД-КТР с концевыми карбоксильными группами (9,0 % масс.), полидиенуретанэпоксидный марки ПДИ-3Б (4,5 % масс.).
Трехмерно сшивающий агент - эпоксидная смола марки ЭЭТ-1 (1,45 % масс.).
В качестве наполнителя использован диоксид кремния двух фракций - природный крупнокристаллический кварц дисперсностью 500-1500 микрометров (57,4 % масс.) и высокодисперсный (30-40 нанометров) диоксид кремния марки «Аэросил-380» (24,6 % масс.).
Технологические добавки: тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод дисперсностью 10-20 нанометров (3,0 % масс.); катализатор трехмерного сшивания каучуков - ацетил-ацетонат железа (0,05 % масс.).
Состав 2:
Низкомолекулярные каучуки - полибутадиеновый марки СКД-КТР с концевыми карбоксильными группами (6,75 % масс.), полидиенуретанэпоксидный марки ПДИ-3Б (4,50 % масс.).
Трехмерно сшивающий агент - эпоксидная смола марки ЭЭТ-1 (1,536 % масс.).
В качестве наполнителя использован диоксид кремния трех фракций - природный крупнокристаллический кварц дисперсностью 500-1500 микрометров (42,0 % масс.), природный мелкокристаллический кварц 3-7 микрометров (25,2 % масс.), высокодисперсный (30-40 нанометров) диоксид кремния марки «Аэросил-380» (16,8 % масс.).
Технологические добавки: тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод дисперсностью 10-20 нанометров (3,16 % масс.); катализатор трехмерного сшивания каучуков - ацетил-ацетонат железа (0,054 % масс.).
Расчетный срок службы этого участка дорожного покрытия составил от 20 до 30 лет в условиях эксплуатации при температурах от +50 до -50°C.
Способ повышения долговечности асфальтового покрытия автомобильной дороги с использованием эластично-упругого материала, представляющего собой полимерную композицию на основе двух жидковязких низкомолекулярных каучуков с концевыми функциональными карбоксильными и эпоксидными группами, сополимеризующимися и трехмерно сшивающимися агентом с тремя эпоксидными группами, отличающийся тем, что в асфальтовом слое на расстоянии 5-10 м друг от друга фрезеруют полости, промазывают их жидким битумом и укладывают в них ленты из указанного эластично-упругого материала с образованием деформационных швов, полости выполняют шириной 10-30 мм и длиной, равной ширине асфальтового слоя, затем по ширине дороги поверх деформационных швов накатывают рулонное покрытие толщиной 10-15 мм из того же материала.
