Ромасев В.И., Князев В.А., к.т.н. Ковалев Н.С.

Воронежский государственный аграрный университет, ООО “Вираж”, ЗАО «Придонье», Россия

Асфальтобетонные покрытия автомобильных дорог

с противогололедными минеральными порошками

Зимнему содержанию автомобильных дорог с каждым годом уделяется все большее внимание, так как они работают в это время в особо трудных условиях. Образование снежных отложений, гололед и другие виды зимней скользкости затрудняют движение автомобилей, вызывают снижение скорости движения, повышают вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Снижение зимней скользкости дорожных покрытий возможно путем обработки их фрикционными материалами: песком, гравием, шлаком или в смеси их с кристаллическими солями [1]. Этот один из наиболее широко применяемых способов борьбы с гололедом в смеси с солями и без них недостаточно эффективен, малоэкономичен и не отвечает современным требованиям к содержанию дорог в зимнее время. Доказано [2], что значение коэффициента сцепления колеса автомобиля с покрытием при посыпке покрытий фрикционными материалами повышается незначительно, к тому же абразивные материалы имеют ограниченный срок действия, требуют постоянных подсыпок, что приводит к удорожанию эксплуатации дорог. Посыпки при скоростном и интенсивном движении быстро сдуваются с проезжей части и сдвигаются к обочинам, что вызывает загрязнение придорожной полосы. Дорожники зарубежных стран считают, что применение фрикционных материалов целесообразно при интенсивности движения до 400-500 авт./сут. При более высоких интенсивностях этот метод борьбы с зимней скользкостью становится менее эффективным. В этом случае применяют соли в кристаллическом виде или их водные растворы, а также спирты (метиловый и гликоль). Применение солей для борьбы с зимней скользкостью вызывает значительные загрязнения почвы, грунтовых и поверхностных вод, угнетает придорожную растительность, способствует коррозии покрытий и транспортных средств, ограждающих конструкций, а также требует постоянной россыпи соли по мере необходимости. Применение спиртов существенно удорожает зимнее содержание дорог.

Перспективным направлением является введение противогололедных добавок в битумоминеральные смеси [3]. В качестве противогололедной добавки применяют минеральный порошок, полученный совместным помолом карбонатной породы (известняка), смеси хлоридов и водорастворимых фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов и битума, причем доля хлоридов (например, натрия или кальция) составляет 50-70% от массы минерального порошка, водорастворимых фосфатов (например, одно- или двухзамещенный фосфат натрия, простой или двойной суперфосфат) - 3-8% от массы хлоридов, а битума – 2-3% от массы минерального порошка, при этом доля указанных хлоридов составляет 3-7% от массы минеральной смеси при водопоглощении последней 4-9% по объему.

Указанный минеральный порошок изготовляли в лабораторной шаровой мельнице из карбонатной породы (известнякового щебня Елецкого месторождения Липецкой области), пищевой поваренной соли (хлорид натрия), однозамещенного фосфата натрия Ленинградского завода «Красный химик» (ингибитор коррозии) и битума марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Перед загрузкой в мельницу известняковый щебень сушили до постоянной массы при температуре 105-110С, хлорид и фосфат натрия применяли в воздушно-сухом состоянии, а битум предварительно нагревали до температуры 120-140С и перемешивали с взвешенными вышеуказанными материалами. При изготовлении указанного минерального порошка доля хлорида натрия (поваренной соли) принималось равной 40, 50, 60, 70, и 80% от массы минерального порошка, доля фосфата натрия (ингибитор коррозии) – 3% от массы хлорида натрия, а битума – 2-3% от массы порошка. В процессе помола осуществляли текущий контроль за тонкостью помола с целью получения одинакового гранулометрического состава, отвечающего требованиям ГОСТ 16557-78 и ГОСТ 9128-84. Полученные в результате совместного помола минеральные порошки обладают гидрофобными свойствами (ГОСТ 12784-78).

Составы противогололедных битумоминеральных смесей предложены следующие (в мас. %):

щебень 0-83,5;

песок дробленый, природный или их смесь 10-80;

предлагаемый минеральный порошок 4,5-14;

битум 2-6.

Лабораторные исследования показали высокую эффективность предлагаемой противогололедной добавки. Битумоминеральные смеси удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97 по всем параметрам (особенно прочность и теплостойкость). Испытания на коррозионную стойкость показали, что введение в битумоминеральную смесь фосфата натрия в количестве 3% от массы хлоридов способствует повышению коррозионной стойкости металлических частей автомобилей и ограждающих конструкций автомобильных дорог вследствие образования водонерастворимых фосфатных пленок. Адгезия льда к поверхности битумоминерального материала (прочность примерзания) снижается в 1,6 – 11 раз по сравнению с битумоминеральными материалами без противогололедных добавок.

Положительные результаты лабораторных исследований позволили провести опытно-производственное строительство участков битумоминеральных покрытий автомобильных дорог.

В сентябре 2004 г. на заводе минерального порошка с. Отрадное Воронежской области была изготовлена партия минерального порошка с противогололедной добавкой. Приготовление минеральных порошков производилось путем совместного помола известнякового щебня Елецкого карьера Липецкой области, концентрата минерального – галита (соль самосадочная без добавки по ТУ 2111-083-00209527-99) в присутствии 2% дегтя Новолипецкого металлургического комбината. В партии минерального порошка (массой 19 т) содержалось 45% соли. По тонкости помола минеральные порошки с противогололедной добавкой соответствовали требованиям ГОСТ 12784-78.

Для приготовления асфальтобетонных смесей с противогололедной добавкой применяли гранитный щебень фракции 5-20 мм и, в качестве песка, отсев дробления гранитного щебня Павловского ГОК Воронежской области. Гранулометрический состав применяемых материалов представлен в таблице 1. Состав асфальтобетонной смеси для производственного строительства был принят следующий (масс. %): щебень – 46; отсев Павловского ГОК – 42; минеральный порошок – 12; битум марки БНД 60/90(сверх 100% минеральной части) – 6,0.

Гранулометрический состав асфальтобетонной смеси представлен в таблице 2.

Таблица 1. Гранулометрический состав минеральных материалов

№ пп	Наименование материалов	Гранулометрический состав (прошло через сито с отверстиями, мм), % от массы
		40	20	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,71
1 2 3	Щебень фракции 5-20 мм Отсев ГОК Минеральный порошок	100 100 100	91,9 100 100	65,3 100 100	35,7 94,4 100	7,8 80,9 100	2,1 57,8 100	- 36,74 99,9	- 24,5 98,3	- 14,5 91,7	- 4,29 84,3

Таблица 2. Гранулометрический состав асфальтобетонной смеси

Наименование состава	Гранулометрический состав (прошло через сито с отверстиями, мм), % от массы
	40	20	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,71
Состав по ГОСТ 9128-97 Фактический зерновой состав	90-100 100	80-100 96,27	70-100 84,04	50-60 70,42	38-48 55,24	28-37 46,95	20-28 36,27	14-22 27,23	10-16 21,77	6-12 11,92

Температура приготовления асфальтобетонной на выходе из смесителя была 150 С. Всего было приготовлено 450 т асфальтобетонной смеси и уложено в покрытие на автомобильной дороге «Бобров – пос. Ильича» (ПК 17-ПК 17+50)

Приготовленная асфальтобетонная смесь имела следующие показатели физико-механических свойств:

плотность – 2,37 г/см;

водонасыщение в % по объему – 3,51;

предел прочности при сжатии при температуре 20С – 3,51 МПа;

коэффициент водостойкости – 0,90;

сцепление битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси - выдерживает.

За построенным опытным участком покрытия автомобильной дороги проводили систематические наблюдения в течение зимнего периода времени 2004/2005 г. При визуальном обследовании установлено, что предлагаемая противогололедная добавка препятствует примерзанию льда и снежного наката к поверхности покрытия до температуры -10 С, обладает высокой плавящей способностью. На поверхности покрытия экспериментального участка постоянно находятся ионы хлора, которые препятствуют сцеплению ледяных образований с поверхностью дороги.

В результате наблюдений установлено, что по условиям движения и состоянию поверхности покрытия участок с антигололедным покрытием не отличается от соседних, которые обрабатывались песко-соляной смесью. При несвоевременной уборке снега вдоль кромок проезжей части опытного участка на ширину 0,2-0,5 м имелся снежный накат, который легко отделялся от поверхности покрытия и разрушался колесами автомобильного транспорта при температуре окружающего воздуха -4-8 С. На соседнем участке покрытия, обработанного песко-соляной смесью, ширина снежного наката достигает 1-1,5 м и полосы такого наката превращаются в ледяные образования, отделить которые от покрытия практически невозможно. Специально сконструированным прибором для полевых условий было проведено определение адгезии льда к поверхности покрытия, которое показало, что на опытном участке покрытия адгезия (прочность примерзания) в 3-9 раз меньше, чем на соседних участках (при тех же температурах испытания, проводимых одновременно на двух участках).

В битумоминеральных покрытиях имеются поры, которые сообщаются как с поверхностью покрытия, так и между собой. При поступлении воды в поры происходит смещение битумной пленки с поверхности частиц хлоридов и фосфатов и растворение их в воде. Растворение происходит быстро вследствие малости частиц, образуя концентрированный раствор, часто насыщенный.

На поверхности битумоминерального покрытия хлориды обнажаются при истирании на них пленки битума, но концентрация хлоридов в растворах здесь всегда ниже, чем в глубинных слоях битумоминерального слоя, так как соли хлоридов растворяются здесь в большем количестве воды, а также частично удаляются с талой водой при разрушении гололедного слоя и с осадками в виде дождя и снега.

Потери солей в поверхностном слое покрытия восполняются из глубины слоя за счет всасывающего действия шин колес автотранспорта и диффузных процессов. Поэтому концентрация солей хлоридов и фосфатов на поверхности битумоминерального покрытия практически постоянная и достаточная для эффективного снижения адгезии льда к покрытию при гололеде и для более легкого его разрушения колесами автотранспорта вследствие его рыхлости и таяния

Вышенаписанное позволяет сделать вывод о возможности применения предлагаемой добавки на дорогах с любой интенсивностью движения.

Этим свойством предлагаемая новая добавка существенно отличается от всех противогололедных добавок, предлагаемых отечественными и зарубежными учеными [4,5], где основной противогололедный эффект проявляется только при истирании покрытия при интенсивности движения по дороге не менее 5000 авт./сут, а в глубине слоя противогололедная добавка не работает.

Экономический эффект от применения битумоминеральных смесей с противогололедным минеральным порошком по сравнению с традиционно применяемым асфальтобетоном, определенный с учетом уменьшения дорожно-транспортных происшествий, удорожания стоимости изготовления асфальтобетонных смесей с противогололедным минеральным порошком, уменьшения затрат на содержание дорог в зимнее время для Воронежской области составляет свыше 16000000 руб. на 1 км. автомобильной дороги.

Литература:

1. Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог. ВСН 24-88. М., Транспорт, 1989.

2. Зимнее содержание дорог. Пер. с нем. М., Транспорт, 1977.

3. Пат. 2167118 Российская федерация МПК С 04 В 26/26, С 08 L 95/00, Е 01 С 7/18, 11/24. Битумоминеральная смесь/ Соколов Б.Ф., Сулин Н.И., Князев В.А.;№ 97118713/04; заявлено 11.11.1997;опубл.20.05.2001, Бюл.№14.

4. Performance of two ill – retardant oferlays. “Public works”, 1987, 118, № 7.

5. А.с. Способ приготовления композиции для устройства верхнего слоя дорожного покрытия/ С.В. Гриневич, Л.Б. Каменецкий и В.Е. Лысенко. -№ 93-00-9427/33 (008353).