что такое ресайклер в дорожном строительстве
Ресайклер и ресайклинг что это такое?
Специализированная дорожная техника, предназначенная для рециклирования, то есть вторичной переработки различных слоев дорожной одежды.
Что такое ресайклинг?
Фрезерование, т.е. снятие (срезание) слоя покрытия, или основания ресайклером. Его последующее измельчение, добавление органического (битумная эмульсия), или минерального (портландцемент) вяжущего с последующим перемешиванием, распределением и уплотнением.
Для чего нужен ресайклинг?
Прежде всего для экономии денежных средств и времени, за счет использования меньшего количества единиц строительной техники и безотходного использования изношенного временем покрытия/основания. Если есть возможность сэкономить, затрачивая минимальное количество средств и усилий, то этой возможностью нужно пользоваться. Зачем тратить денежные знаки на утилизацию асфальтогранулята верхних слоев покрытия, когда можно использовать его повторно на том же самом месте?!
Какие слои дорожной одежды могут подвергаться ресайклингу?
Какие виды ресайклинга существуют?
— неглубокий/тонкий до 100 мм (используется чаще всего для переустройства нижних слоев покрытия);
— глубокий до 300 мм (применяется при устройстве оснований, либо покрытий для автомобильных дорог 4 и 5 технических категорий).
Популярные марки ресайклеров на рынке
Ресайклеры – машины для реконструкции дорог
С течением времени дороги изнашиваются как физически – на них появляются неровности и выбоины, так и морально – их грузоподъемность становится недостаточной. Восстановление покрытия требует много усилий: нужно удалить и вывезти для повторного использования старую дорожную одежду, и только затем уложить новое покрытие. Но еще сложнее увеличить грузонесущую способность дороги. Ну не вынимать же все ранее уложенные слои для замены их новыми! Между тем, если использовать материал старой одежды непосредственно на полотне дороги, то обе задачи существенно упрощаются.
Если профрезеровать изношенное покрытие на полную глубину, измельчить его, добавить по необходимости каменных материалов и вяжущих, перемешать и уложить ровным слоем, то получается новое основание дороги, которое затем уплотняется катками. Для этого требуются специальные машины большой мощности и производительности, способные фрезеровать на глубину 300 – 600 мм, с ротором диаметром более метра. Такие машины уже выпускаются ведущими зарубежными изготовителями строительно-дорожной техники – Caterpillar (США), Sakai, Niigata и Komatsu (Япония), Wirtgen и Bomag (Германия), Bitelli (Италия). Машины Caterpillar, Bomag и Bitelli построены по одной схеме.
Фирма Wirtgen называет свою технологию реконструкции дорог с использованием материала старой дорожной одежды «холодный ресайклинг», а предназначенные для этой работы машины – «ресайклерами». И хотя другие компании пользуются другими названиями, мы воспользуемся «виртгеновским», как наиболее простым и наглядным. Холодный ресайклинг можно использовать как на сельских и местных дорогах, так и на дорогах федерального значения, с укрепленными (покрытие и основание) и неукрепленными (щебеночными) слоями.
Компания выпускала ресайклеры моделей 1000 CR, 2100 DСR, СR 4500, WR 2500, а также установку WМ 400 (в настоящее время выпускается и модель WM 1000) для приготовления цементно-водной суспензии и работы в комплекте с WR 2500. Основной рабочий орган ресайклеров – фреза с цилиндрическими резцами.
Модель 1000 СR, созданная на базе дорожной фрезы 1000 С, имеет ширину ротора 1 000 мм и дополнительно оборудована роторным смесителем, емкостью и системой для подачи и распределения эмульсии, укладчиком приготовленной смеси с трамбующим брусом и виброплитой.
Основной запас эмульсии находится в цистерне автомобильного шасси, которое ресайклер толкает на жесткой сцепке. Фреза оборудована двигателем мощностью 104 кВт. Привод хода – гидравлический, на все четыре колеса, привод фрезерного барабана механический. Глубина рыхления до 180 мм.
Ресайклер 2100 DCR создан на базе фрезы 2100 DС. Он имеет ширину ротора 2 000 мм и дополнительно оборудован прижимающим устройством, ограничителем величины срезаемых кусков, а также баком для воды, системами дозирования и распределения эмульсии и воды, шнеками для распределения смеси по ширине покрытия, трамбующим брусом и виброплитой. Автоцистерны для эмульсии и воды ресайклер толкает перед собой. Глубина рыхления – до 300 мм, мощность двигателя 448 кВт, привод хода четырех гусеничных тележек – гидравлический, привод ротора фрезы – механический.
СR 4500 создавалась как специальная машина для холодного ресайклинга. Ее ходовая часть – с двигателем мощностью 550 кВт, четырехгусеничная, с гидроприводом на каждую тележку. Рабочая масса этого ресайклера составляет 80 т против 45 т у модели 2100 DCR. Ширина фрезерования – от 3 000 до 4 500 мм. Основную фрезу дополняют: приемный бункер для минеральных материалов (З м 3 ); бункер для цемента (8 м 3 ); водяной бак (3 200 л); вспомогательная фреза с изменяемой шириной резания; расположенный вдоль машины двухвальный смеситель длиной 2 000 мм; растворный узел для получения цементно-водной суспензии; системы дозирования цемента, воды, эмульсии и суспензии; шнек для распределения смеси и раздвижная уплотняющая плита. Площадка оператора расположена над шнеком в конце машины.
Модель WR 2500 фирма относит к самым совершенным ресайклерам, позволяющим использовать новейшие технологии в широком спектре работ – от укрепления слабых грунтов до восстановления асфальтобетонных покрытий. Ходовая часть машины имеет четыре снабженных гидроприводом широкопрофильных колеса. Роторная фреза располагается в базе машины; для его перевода из транспортного положения в рабочее (и обратно) вся рама поднимается или опускается четырьмя опирающимися на оси колес гидроцилиндрами. Привод ротора – механический, с передачей крутящего момента от двигателя через муфту сцепления, ременную передачу, коробку передач и планетарный редуктор.
На двигатель устанавливается автоматический регулятор мощности, который в зависимости от нагрузки изменяет скорость движения и производительность машины. Кожух фрезерного барабана спереди и сзади снабжен щитами, играющими роль дробильных щек. Их с помощью гидроцилиндров можно приближать к резцам фрезы (или удалять от них), изменяя степень измельчения материала.
Рабочий ход машины возможен и при обратном движении. В этом случае оператор разворачивает сиденье и переставляет пульт управления, а фреза работает в режиме не встречного, а попутного резания. Управляемыми являются колеса перед оператором.
Ротор имеет режущую ширину 2 428 мм и может фрезеровать покрытие на глубину до 500 мм. Диаметр окружности резания составляет 1 480 мм, количество резцов – 248, расстояние между ними – 20 мм. Конструктивная масса машины 27,7 т.
Ресайклер оборудован микропроцессорной системой подачи битумной эмульсии и воды. Для распределения жидких материалов по ширине используется труба с 8 соплами. Через нее можно также подавать цементно-водные суспензии. Электроника контролирует расход воды или эмульсии и при необходимости изменяет производительность насосов.
Дисплей на панели управления показывает число работающих сопел, сообщает о запасе воды и эмульсии, процент подачи материалов от массы смеси. В процессе работы с него можно получить данные о скорости движения, глубине обработки покрытия, ширине распределения смеси, а в конце смены – узнать о пройденном пути, площади обработанной поверхности, объеме обработанного материала, общем расходе воды или битумной эмульсии.
Машина снабжена 600-литровым баком для воды и насосом для ее подачи под высоким давлением по гибким шлангам к удочке для мойки.
При восстановлении полотна с использованием цемента его можно подавать непосредственно в ресайклер в виде цементно-водной суспензии из прицепной установки WM 400 (WM 1000). Ее длина – 9,0 м, конструктивная масса – 9,5 т. На установке размещены: емкость (20 м 3 ), бак для воды на 8 500 л, смеситель для приготовления суспензии, системы с микропроцессорным управлением для дозирования и подачи воды (отмеряется расходомером) и цемента (весовой дозатор) в смеситель. Емкость для цемента снабжена датчиками уровня и системой шнеков. Приготовленная суспензия перекачивается специальным насосом из установки в ресайклер, и через распределительное устройство вводится в зону перемешивания. Ее количество также контролируется микропроцессором. Прицепной агрегат для приготовления цементно-водной суспензии оснащен собственным двигателем мощностью 79 кВт.
На WM 400 может устанавливаться микропроцессорная комбинированная система распределения битума, вспененного водой в расширительных камерах и вытесняемого давлением воздуха. Шестнадцать камер установлены на отдельной распределительной трубе, каждая из них имеет пневмоклапан для индивидуального отключения с пульта управления.
Битум и вода для вспенивания подаются отдельными насосами, также управляемыми микропроцессором, обеспечивающим правильное соотношение компонентов. По окончании работы микропроцессор производит механическую очистку расширительных камер путем перемещения штока пневмоклапана сжатым воздухом.
Битумные коммуникации от места ввода до расширительных камер теплоизолированы и оборудованы восемью контурами электрических нагревательных элементов с датчиками температуры. Электропитание – от бортовой электростанции и генератора, имеющего привод от гидромотора.
Caterpillar предлагает семейство машин под общим названием «Смесительные машины для регенерации/стабилизации дорожного полотна».
В него входят две машины для регенерации полотна – RR-250B и RМ-350, и две – для укрепления (стабилизации) грунта – SS-250B и SМ-350. «Двести пятидесятые» модели базируются на одноосном тягаче мощностью 250 кВт, а «триста пятидесятые» – на тягаче мощностью 321 кВт. К шаровой опоре тягача крепится рама, опирающаяся сзади на два колеса. Между опорами на раме подвешен рабочий орган – в зависимости от назначения машины им может быть ротор с быстросменными резцами, конический режущий барабан с регенерационными резцами или держатель дробящего типа. Все они имеют механический привод и одинаковую рабочую ширину.
Ротор с быстросменными резцами, имеющий 58 режущих лопаток шириной 38 мм (по четыре в каждом сечении), предназначен для фрезерования грунтов на глубину до 381 мм при мощности двигателя 250 кВт и до 508 мм при мощности 321 кВт. Вращение – навстречу движению машины.
Модели SS-250В и RR-250В с таким ротором рекомендуется использовать для смешивания материала дорожной одежды с битумной эмульсией или другими вяжущими, вводимыми под ротор специальными системами. В этом случае вращение ротора – попутное (сверху вниз).
Ротор регенерационного типа имеет 190 цилиндрических резцов, установленных по винтовым линиям, и предназначен для вскрытия асфальтобетонной дорожной одежды на глубину до 381 мм при мощности двигателя 321 кВт. Вращение – встречное. Ротор устанавливается на моделях RМ-350 и SМ-350.
Ротор комбинированного типа имеет 108 держателей, в которые устанавливаются либо цилиндрические резцы для фрезерования асфальтобетонных покрытий, либо быстросъемные режущие лопатки для разработки грунта или смешивания материалов. Монтируется он на все модели машин. Вращение – встречное. При мощности двигателя 250 кВт глубина фрезерования – до 381 мм, при мощности 321 кВт она увеличивается до 457 мм.
Ротор с коническим режущим барабаном или с держателем дробящего типа имеет 188 резцов и рыхлит дорожную одежду на глубину до 330 мм. Направление вращения – навстречу движению. Этими типами роторов оборудуется модель RR-250В.
Для привода ротора все модели имеют трехступенчатую механическую коробку передач, обеспечивающую частоты вращения: для RR-250В и SS-250В – 123, 188 и 284 об/мин; для RМ 350 и SМ-350 – 115, 180 и 215 об/мин. Привод ротора защищен фрикционной муфтой, ограничивающей передаваемый крутящий момент. Для увеличения тягового усилия машины на всех передачах по заказу устанавливается привод на задние колеса. Он состоит из двух нерегулируемых гидромоторов мощностью 51 кВт, которые питаются от гидронасоса, установленного на привод хода.
Модели RR-250В и SS-250В оборудуются системами стабилизации нагрузки, уменьшающей или увеличивающей скорость движения и соответственно толщину срезаемого за оборот ротора слоя, а также системами контроля и управления глубиной резания. RМ-350 и SМ-350 оснащены микропроцессорным блоком собственного производства, контролирующим скорость, управляющим поворотом передних и задних колес, заглублением ротора, работой двигателя, сцепления и тормозной системы.
Он также выдает оператору информацию о температуре двигателя, давлении масла, уровне топлива в баке, зарядном напряжении, частоте вращения коленчатого вала. Девять светодиодов и индикатор отражают состояние различных систем машины, оповещают об ошибках, допущенных оператором в последовательности действий.
Машина оснащается датчиками скорости и системой подачи битумной эмульсии и воды, содержащей насос производительностью до 830 л/мин, предохранительный клапан на 689 кПа, расходомер, распределительную трубу с 16 соплами и шаровыми клапанами для индивидуального подключения каждого из них. Предлагается выбор из трех типов сопел: на общий расход до 193, 671 и 834 л/мин. Привод насоса от гидромотора с частотой вращения до 640 об/мин.
Дозированием вяжущих с учетом скорости машины управляет электронный блок, который принимает входные сигналы с датчиков скорости и расходомера, воспроизводит их значения и значение нормы розлива на экране, управляет производительностью насоса и дает световой предупреждающий сигнал в случае, когда скорость машины не соответствует подаче. При остановке работ подача через сопла автоматически перекрывается шаровыми клапанами, что исключает передозировку.
Система подачи воды включает в себя центробежный насос производительностью до 1 137 л/мин, расходомер и распределительную трубу с 16 соплами. Потребителю предлагается два типа сопел: на общий расход до 671 и 1 137 л/мин. Насос приводится во вращение шестеренным гидромотором с частотой вращения до 4 000 об/мин. Включение и выключение насоса, регулирование расхода воды осуществляется с пульта, отображающего количество поданной жидкости и ее мгновенный расход.
Компания «Сакаи» (Япония) выпускает самоходные машины для стабилизации дорожных покрытий двух моделей РМ170 и РМ200. которая имеет двигатель большей мощности и сдвоенную заднюю ось (над ней расположен двигатель). Модель РМ170 – двухосная, с передним расположением двигателя.
Машины имеют рабочий орган одинаковой ширины и обеспечивают глубину рыхления до 430 мм. Большая мощность РМ200 позволяет разрабатывать асфальтобетонное покрытие на глубину до 80 мм против 50 мм для РМ170. Кроме того, РМ200 имеет большее тяговое усилие и может преодолевать уклон до 18%. Обе машины оборудованы емкостями для воды и системами ее подачи к рабочему органу.
Фирмой «Ниигата» (Япония) на базе гусеничного трактора «Комацу» был создан ряд машин для стабилизации дорожных покрытий с навесным фрезерным барабаном шириной 2 000 мм и глубиной рыхления 600 и 400 мм.
«Комацу» (Япония) делает дорожные фрезы на гусеничном и колесном ходу, предназначенные для восстановления дорожного покрытия, с глубиной рыхления также до 600 и 400 мм.
Гусеничные фрезы – навесные, на базе серийных тракторов фирмы. Колесная машина – самоходная, со сдвоенной задней осью и рабочим органом в базе.
| Параметры | Caterpillar, США | Bomag, Германия | Bitelli, Италия | Wirtgen, Германия |
|---|---|---|---|---|
| Модель | RR-250 | МРН 121 | ST 200 | WR 2500 |
| Тип машины | Колесная | Колесная | Колесная | Колесная |
| Базовая машина | Одноосный тягач | Одноосный тягач | Одноосный тягач | Спецшасси |
| Мощность, кВт | 321 | 263 | 265 | 448 |
| Масса, кг | 21 438 | 19 945 | 15 600 | 28 800 |
| Ширина рыхления, мм | 2 438 | 2 100 | 2 000 | 2 438 |
| Глубина рыхления, мм | 381 | 430 | 350 | 500 |
| Скорость | ||||
| Транспортная, км/ч | 16,8 | 12 | 11 | 12 |
| Рабочая, м/мин, до | 27,6 | 100 | 50 | 200 |
| Габариты, мм | ||||
| Длина | 9 525 | 9 050 | 8 900 | 8 200 |
| Ширина | 3 454 | 2 600 | 2 500 | 3 200 |
| Высота | 3 000 | 3 420 | 2 600 | 3 200 |
| Цена, млн. руб. (ориентировочно) | Для всех машин около 50 | |||
Фирма «Бомаг» (Германия) в 90-е годы на базе колесного трактора выпускала несколько машин с навесным рабочим органом: для восстановления – модели MРН 100R (14,8 т) и МРН 120R (19,8 т) и стабилизации дорожных одежд – модели МРН 100S (13 т) и МРН 120S (19 т). Машины имели гидромеханический привод хода и гидравлический привод рабочего органа.
МРН 100 имела следующие основные параметры: мощность двигателя 224 кВт, рабочую скорость до 1,1 м/с, транспортную – до 23 км/ч, ширину роторной фрезы 2 м и ее диаметр – 1 219 мм, глубину фрезерования – 368 мм. Также возможна установка роторов диаметром 1 542 и 1 956 мм, обеспечивающих глубину фрезерования до 434 мм. Частота вращения фрезы от 0 до 150 об/мин. На роторе устанавливалось 70 дисков, имеющих четыре лопасти с режущими элементами – лопатками с износостойкой наплавкой.
В настоящее время фирма выпускает универсальную машину МРН 121 для восстановления дорожных покрытий, представляющую собой одноосный тягач, шарнирно-сочлененный с рамой, опирающейся на ось задних колес. Рабочий орган располагается в базе машины. Он имеет гидростатический привод. В отличие от предшествующих моделей ротор снабжен цилиндрическими резцами.
МРН 121 управляется поворотом задних колес и изломом рамы. Кожух рабочего органа оборудован щитами, подъем которых позволяет изменять объем камеры перемешивания. На машине имеются системы подачи жидких материалов, и она может оснащаться системами автоматического управления технологическими операциями.
Фирма «Бителли» (Италия) выпускает модели ST 200 RS для восстановления дорожных покрытий и ST 200 для стабилизации. Машины базируются на одноосном колесном тягаче мощностью 265 кВт.
Рабочий орган подвешен к шарнирно-сочлененной с тягачом раме, опирающейся на задние колеса. На SТ 200 монтируется фреза (ширина 2 м, диаметр 1 350 мм), обеспечивающая глубину рыхления до 480 мм при частоте вращения 160 об/мин. Рабочий орган SТ200RS имеет диаметр 1 120 мм и глубину рыхления до 350 мм. Масса машин составляет 16 – 17 т, рабочая скорость до 50 м/мин, транспортная – до 11 км/ч.
Более универсальными и экономически выгодными являются машины с одним рабочим органом фрезерно-роторного типа на базе одноосных тягачей или спецмашин, оснащенных системами автоматического управления рабочими операциями.
ТЕХНОЛОГИЯ ХОЛОДНОГО РЕСАЙКЛИНГА
Ресайклер WR2500 фирмы Wirtgen (Германия) в работе
Накопившийся за многие годы так называемый «недоремонт» существующей сети российских автомобильных дорог пагубно отразился на сегодняшнем состоянии их покрытий и условиях движения транспорта
Правда, после объявленных недавно приоритетов в выделении средств на ремонтные работы эта ситуация стала несколько выправляться на федеральных дорогах магистрального направления и на столичных улицах и проспектах. Хуже, если не сказать совсем плохо, обстоят дела на дорогах территориального подчинения, особенно на чрезмерно удаленных от административных центров.
Причина такого незавидного и унизительного положения национальных автодорожных артерий всем хорошо и давно известна – в бюджетах страны и субъектов федерации нет в достатке средств на эти цели и работы. А пока объемы «умирающих» дорог с просроченными сроками службы и низким качеством покрытий продолжают превышать объемы ремонтируемых.
В преддверии уже начавшегося тысячелетия многие страны, в том числе развитые и богатые, тоже стояли перед подобной кризисной проблемой недостаточного финансирования планов и работ по восстановлению и модернизации состарившихся дорожных сетей. Нужны были новые рентабельные методы реанимации этих сетей, которые явились бы альтернативой прежним материалоемким и достаточно дорогостоящим технологиям.
Одной из таких альтернатив стал метод терморегенерации или термофрезерного восстановления утраченных в процессе эксплуатации свойств и качеств асфальтобетонного покрытия. Экономическая привлекательность и плодотворность этой технологии состояла в том, что имеющийся в дороге материал использовался повторно. Поэтому отпадала нужда вывозить с дороги удаляемый старый и привозить новый асфальтобетон. Однако этот горячий метод себя не оправдал из-за быстрого старения битума и низкой долговечности восстанавливаемых покрытий (разрушения начинались через 2–3 года).
Исправно отслуживший свое время в различных технологических вариациях (remix, remix plus, repave и др.) и постепенно отходящий от серьезного использования термофрезерный способ стал постепенно вытесняться методом холодного фрезерного удаления дефектных и изношенных покрытий с заменой снятого асфальтобетона на привозной новый («свежий»).
Этот метод со временем стал технологическим приоритетом для дорожников большинства стран мира, несмотря на очевидность его затратного характера и отступление от главного принципа горячей регенерации – безотходности и экономичности.
Нужно было опять искать и разрабатывать другие альтернативные решения. Так около 12–13 лет назад появилась привлекательная и перспективная технология холодного ресайклинга дорожных одежд на месте или прямо на дороге (cold deep in-place recycling). Она получила мировое признание за свой возврат к главным идеям терморегенерации, но на более высоком качественном уровне конечного результата, и в первую очередь относительно долговечности или сроков службы восстанавливаемых по этой технологии дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями.
Рис. 2. Машина RM-350B фирмы Caterpillar для холодной регенерации и стабилизации дорожного покрытия
Невзирая на свою относительную молодость, география и объемы практического использования холодного ресайклинга стали постепенно расширяться, особенно после появления и насыщения рынка специальными машинами фирм Wirtgen, Германия (рис. 1), Caterpillar, США (рис. 2), Bomag, Германия (рис. 8) и других. Есть основания полагать, что пик популярности и производственных успехов, в том числе в России, у холодного ресайклинга еще впереди.
Долгое время в СССР (Россия и СНГ) наиболее распространенным способом восстановления и повышения прочностных и эксплуатационных показателей дефектных и изношенных дорожных одежд было устройство дополнительного слоя усиления (4–5 см) поверх подготовленного ямочным ремонтом старого покрытия. Порочность его состояла в том, что через сравнительно небольшое время во вновь уложенном слое копировались дефекты старого покрытия, особенно так называемые отраженные трещины. Предварительная укладка над старыми трещинами специальных геосинтетических сеток несколько отодвигала срок их появления, но не исключала вовсе.
Технология горячей регенерации продолжительное время также была на вооружении некоторых крупных российских подрядчиков, прежде всего в больших городах и на магистральных дорогах. Из-за дороговизны комплекта машин для технологии, к примеру, remix средние и мелкие дорожные подразделения были лишены возможности приобретать этот комплект и загружать его надлежащим объемом работ. Поэтому необходимый ремонт и реконструкция покрытий производились в основном по первому, порочному способу.
Правда, с появлением и более широкой доступностью средних и крупных менее дорогих, чем ремиксеры, холодных фрез фактически все подрядчики, в том числе выполняющие ямочный ремонт, перешли на повсеместно и широко теперь применяемый в России метод замещения изношенного асфальтобетона, удаляемого этими холодными фрезами, на новый из свежей смеси. Такой затратный способ преобладает сейчас на капитальном ремонте покрытий большинства федеральных и территориальных дорог.
Технология холодного ресайклинга тоже пробивает себе дорогу на российские дорожные объекты, но не так быстро, как того она заслуживает. Имеющиеся единичные экземпляры холодных ресайклеров в Архангельской, Самарской, Свердловской, Кемеровской областях, Подмосковье и Западной Сибири не могут пока влиять на общую ситуацию.
Если учесть объемы накопившегося недоремонта, следует признать, что этот метод внедряется у нас вяло и как-то нехотя. То ли нет команды «сверху», как в прежние времена, то ли российские специалисты не до конца еще разобрались в сути, возможностях и экономических достоинствах этой новой технологии, то ли наши дорожные подрядчики-бизнесмены насчитали не слишком большую прибыль для своих фирм от ее внедрения.
А суть этой новой для российской дорожной отрасли технологии состоит в том, что для повторного или дальнейшего использования лежащего в дороге, состарившегося и разрушенного материала изношенной и дефектной дорожной одежды (рис. 3) необходимо определенное его укрепление (стабилизация) комплексными добавками органических (горячий битум, вспененный битум, битумная эмульсия) и минеральных (в основном цемент, реже известь) вяжущих. Для этого и создан холодный ресайклер, который способен своим мощным фрезерным барабаном измельчить материал дорожной одежды (покрытия и основания) на глубину до 30 см, а в некоторых случаях и более, с одновременной его обработкой указанными вяжущими (стабилизаторами) и с распределением ровным слоем. Последующее заключительное уплотнение выполняется обычными дорожными катками.
Рис. 3. Типы дефектов и разрушений дорожной одежды
Как правило, такой обновленный укреплением слой принимается либо за верхний слой основания, либо за нижний слой покрытия. Поэтому на него сверху дополнительно могут быть уложены нижний и верхний слои покрытия из горячего асфальтобетона, только верхний горячий слой покрытия или сделана простая поверхностная обработка. Это решают заказчик с проектировщиком в зависимости от категории дороги, интенсивности движения транспорта и задаваемого на последующее время срока службы дорожной одежды.
Рис. 4. Схема глубокого (А) и тонкого
или мелкого (В) холодного ресайклинга
Необходимо особо отметить, что сегодня следует четко подразделять холодный ресайклинг на малую глубину (мелкий или неглубокий ресайклинг, до 10 см) и на большую глубину (глубокий ресайклинг, до 30 см и более, рис. 4). Такое разделение обуславливает использование определенного набора несколько разных машин, другого типа и количества вяжущих, различные затраты на выполнение работы (в мелком ресайклинге они меньше).
Вообще холодный ресайклинг изначально задумывался и разрабатывался как вариант глубокой совместной стабилизации (укрепления) слоев покрытия и основания битумной эмульсией с добавками цемента или извести. Под этот вариант создавались и первые соответствующие машины, отвечающие изначальному английскому названию холодного ресайклинга, в котором присутствовал термин «deep» (глубокий). Это потом, в процессе накопления международного опыта, стала очевидной целесообразность и даже необходимость иметь и вариант мелкого ресайклинга, потребность в котором может оказаться даже выше, чем в глубоком. Во всяком случае, для российских ремонтных объектов и возможностей в их финансировании самой подходящей может стать как раз технология неглубокого или мелкого ресайклинга слоев покрытия (до 10 см).
Рис. 5. Набор машин и схема подачи вяжущих в рабочую камеру ресайклера
при укреплении материала битумной эмульсией и цементом
На рис. 5 показаны набор необходимых машин и схема подачи вяжущих материалов в рабочую камеру фрезерного барабана ресайклера WR 2500 фирмы Wirtgen, разработанных для глубокой стабилизации слоев покрытия и основания битумной эмульсией с добавкой цемента в виде водоцементной пастообразной суспензии. Расход эмульсии, как правило, не превышает 4–4,5% от массы укрепляемого материала, а добавка цемента – не более 1,5–2%. Цемент призван повысить прочностные свойства комплексно укрепляемого материала, а ограниченный его расход обусловлен стремлением избежать возможных трещин в слое этого материала.
Правда, в таком варианте укрепления может возникнуть трудность, связанная с подбором типа и состава эмульсии, которая бы химически была пригодна как для асфальтобетонного материала покрытия, так и для материала основания (чаще всего щебень из разных пород камня). Если это сложно сделать, можно использовать вместо эмульсии, но в той же комбинации с цементом и с тем же его расходом, вспененный битум. Тем более, что этот вариант может оказаться даже качественнее и дешевле, так как стоимости эмульсии и битума для вспенивания практически одинаковы, а расход эмульсии несколько больше расхода вспененного битума из-за того, что доля самого битума в обоих случаях укрепления должна быть равной. Но битума в эмульсии всего около 60%. В итоге получается стоимость битума в эмульсии примерно в 1,5 раза выше чистого битума.
Чаще всего вспененный битум с цементом используется в технологии укрепления измельченного фрезой асфальтобетонного материала из слоев покрытия, т.е. в мелком холодном ресайклинге. На рис. 6 представлен набор машин для этой технологии и схема подачи вяжущих материалов в рабочую камеру того же ресайклера WR2500 фирмы Wirtgen.
Рис. 6. Набор машин и схема подачи битума и воды в рабочую камеру ресайклера при укреплении материала вспененным битумом
Высокое и устойчивое качество укрепления таким способом дефектных слоев покрытия обеспечивается именно свежим вспененным битумом, который образуется во время его впрыска в горячем виде (175–180 ° C) из цистерны битумовоза и холодной воды в рабочую камеру ресайклера. В момент контакта с водой горячий битум увеличивает свой объем до 20 раз, образуя пену с жизнестойкостью не менее 10–15 сек, вполне достаточных для требуемой обработки измельченного материала.
Во вспененном виде битум равномернее и тоньше покрывает каждую частицу материала, улучшая его качество и сокращая до минимума (до 2,5–3%) свой расход.
При подготовке объекта к ремонтным работам по технологии холодного ресайклинга исключительно важна и ответственна роль инженерно-технологической и лабораторной служб подрядчика, проектировщика и конечно же, заказчика.
Все они вместе должны дать точную оценку реального состояния дорожной одежды или отдельно покрытия по результатам лабораторных испытаний отобранных кернов и материалов, а также полевых обследований и измерений дефектов, разрушений и прогибов дорожной одежды. В конечном итоге от этих результатов и оценок зависит принципиальный выбор варианта технологии холодного ресайклинга – мелкий (неглубокий) или глубокий.
Не менее важен для указанных служб второй этап подготовки, связанный с подбором состава укрепляемого материала из дороги и вяжущего. На основании отработанной рецептуры производится прочностной расчет и конструирование новой дорожной одежды (или покрытия), составляются рабочий проект и проект производства работ (ППР).
И, наконец, третий этап предусматривает обязательный лабораторный и полевой контроль качества материалов и работ. Без такого профессионально грамотного и, может быть, даже «придирчивого» контроля состава смеси, ее прочности, плотности, толщины слоев и других показателей невозможен ожидаемый конечный результат и полагающаяся экономическая эффективность технологии холодного ресайклинга.
На рис. 7 в качестве примера приведена схема изношенной и дефектной дорожной одежды, предназначенной для ремонта. В предыдущие периоды эксплуатации она уже ремонтировалась путем простой укладки сверху дополнительного слоя асфальтобетона толщиной 5 см. Очень похожий случай для российской дорожной действительности.
Рис. 7. Варианты ремонта дефектного асфальтобетонного покрытия,
в том числе мелким холодным ресайклингом
Два варианта предполагаемого ремонта показаны на той же схеме, в том числе с помощью мелкого холодного ресайклинга (толщина слоя или глубина 10 см, для укрепления используется битумная эмульсия с цементом или вспененный битум с цементом, их расход приведен на схеме), который сравнивается с методом замещения 10 см изношенных верхних слоев новым таким же слоем из свежей смеси. Несущая способность и срок службы дорожной одежды в этих вариантах приняты одинаковыми и должны соответствовать заданию заказчика.
Итоговые результаты расчета затрат и стоимостей ремонта в рассматриваемых вариантах представлены в таблице.
| ||||||||||||||||||||
Примечание. Ставки и цены на материалы, их перевозку и работу машин приняты среднеевропейскими, переведенными в рубли по ориентировочному курсу 30руб. за 1 USD, НДС в расчетах не учтен
Из нее следует, что в данном конкретном примере метод холодного ресайклинга (вариант 2) заметно дешевле варианта 1, по крайней мере, не менее чем в 1,5 раза. Экономия средств на 1 м 2 может составить почти 190 руб. или примерно 1,3 млн руб. на 1 км покрытия шириной 7 м. А это значит, что за одни и те же бюджетные деньги с помощью технологии мелкого холодного ресайклинга можно отремонтировать российских дорог с подобными дефектами в 1,5 раза большей протяженности.
Рис. 8. Ресайклер фирмы Bomag для стабилизации грунта и холодной регенерации дорожного полотна
Не менее важным показателем новой технологии является производительность или скорость ремонта покрытий. Обычно рабочая скорость ресайклера задается ППР и может значительно варьироваться в соответствии с конкретными условиями выполнения ремонта. Однако, в самых общих чертах, реальная скорость, к примеру, холодного ресайклера RM-350B фирмы Caterpillar изменяется от 5 м/мин (фрезерное измельчение жестких и прочных материалов на максимальную глубину 38 см) до 24 м/мин (измельчение и перемешивание менее прочных материалов слоем не более 10 см).
При средних условиях эксплуатации RM-350B его рабочая скорость соответствует 9–12 м/мин или, в среднем, 10 м/мин. За 8 часов на такой скорости холодный ресайклер с шириной фрезы 2,44 м способен выполнить свою работу на 1,2 км покрытия шириной 7 м. При вахтовой же смене (12 ч) протяженность подготовленного слоя дорожной одежды под укладку последующего верхнего слоя может возрасти почти до 2 км. А это уже не только удешевит, но и сократит общий срок ремонта дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием по этой технологии.