Пути увеличения межремонтных сроков службы автомобильных дорог

Введение. В настоящее время более 96% дорог нашей страны построены с дорожными одеждами нежесткого типа с основаниями из дисперсных материалов щебня, песчано-гравийных смесей, песка и др. Существенными недостатками таких дорожных конструкций являются высокая материалоемкость и значительные затраты на эксплуатацию, связанные в том числе с низкими межремонтными сроками службы. По экспертным оценкам потери России из-за низкого качества сети автомобильных дорог составляют 3% валового внутреннего продукта. В 2017 году правительством принято решение об увеличении межремонтных сроков эксплуатации автомобильных дорог федерального значения, например по капитальному ремонту с 12 до 24 лет. Для решения задачи увеличения межремонтных сроков необходимо обеспечить на вновь строящихся или ремонтируемых дорогах значительное повышение общего модуля упругости. Одним из эффективных путей повышения прочностных показателей дорожных одежд нежесткого типа является более широкое применение монолитных оснований из грунтов или асфальтового гранулята, обработанных минеральными вяжущими, а также отходов промышленности, обладающих самостоятельными вяжущими свойствами. Замена оснований из дисперсных материалов на монолитные позволяет снизить материалоемкость дорожной одежды на 20–50%, стоимость строительных работ до 45% и повысить срок службы дорог на 35–40%.

Материалы и методы. С целью изучения влияния вида заполнителя на процессы структурообразования шламощебеночных материалов провели исследования по укреплению гранитного щебня фракции 0–15 мм и щебня из слабоактивного доменного шлака, 15% нефелинового шлама. Образцы диаметром и высотой 7 см формовали из смесей оптимальной влажности прессованием под нагрузкой 15 МПа. Образцы хранили в нормальных условиях и испытывали в возрасте 1, 3, 6 и 9 месяцев для определения предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе. С целью определения оптимальных дозировок шлама для укрепления шлакового щебня по аналогичной методике формовали образцы с содержанием шлама: 5, 10, 20, 30% и испытывали их на сжатие и раскол сразу после изготовления и затем через 1, 3, 6, 9 и 12 месяцев твердения. При обследовании опытных участков покрытий переходного типа на первой стадии строительства нефтепромысловых дорог определяли общие модули упругости с помощью рычажного прогибомера МАДИ-ЦНИЛ и груженого автомобиля МАЗ-500А. Для изучения кинетики твердения шламогранулобетона из асфальтового гранулята, укрепленного молотым шламом, изготавливали образцы диаметром 71,4 мм прессованием под давлением 7 МПа, по стандартной методике. Серии образцов отличались дозировкой молотого шлама 10℅ и 15℅ и условиями их твердения. Образцы хранили в нормальных условиях и в естественных (на открытом воздухе), в ящике с песком, для моделирования температурного режима твердения материала в основании дорожной одежды и испытания в возрасте 7, 28, 90, 180 и 360 сут при температурах 200 С и 500 С.

Результаты. Выполнен анализ нормативных и литературных источников по вопросам увеличения межремонтных сроков службы автомобильных дорог. Даны отдельные предложения по внесению изменений в действующие нормативные документы для публичного обсуждения. Приведены физико-химические и физико-механические свойства белитовых шламов – многотоннажных отходов глиноземного производства. Показана область их применения при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена высокая эффективность применения белитовых шламов в качестве медленнотвердеющих вяжущих с целью продления межремонтных сроков службы дорог при устройстве монолитных оснований и покрытий переходного типа. Разработа ны рациональные конструкции покрытий при строительстве нефтепромысловых дорог в заболоченных регионах Сибири с заменой сборных железобетонных покрытий на первой стадии строительства на монолитные покрытия переходного типа из каменных материалов, укрепленных белитовыми шламами. Выполнены лабораторные и опытно-экспериментальные исследования по обоснованию замены традиционных вяжущих на молотый нефелиновый шлам при ремонте асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с продлением строительного сезона.

Заключение. За последние 30 лет на дорогах России значительно увеличилось количество тяжеловесных транспортных средств. Одновременно с этим возросли требования к межремонтным срокам службы нежестких дорожных одежд. Увеличение сроков службы в принципе вполне возможно, но требует внедрения инновационных конструктивных решений на стадии проектирования, строительства, реконструкции и ремонта с использованием высокоэффективных материалов и технологий с целью значительного повышения общего модуля упругости, в частности путем замены оснований дорожных одежд из дисперсных материалов на монолитные. Необходимо более широко внедрять технологии устройства оснований из местных грунтов, обработанных минеральными вяжущими (цемент, известь, активные золы-уноса и др.), а также отходов промышленности, обладающие самостоятельными вяжущими свойствами, например белитовыми шламами. Кроме того, необходимо продолжить исследования по разработке комплексных медленнотвердеющих безобжиговых, в том числе геополимерных вяжущих на основе отходов промышленности специально для укрепления грунтов и каменных материалов с разработкой нормативных документов в развитии ТР ТС 014/2011.При ремонте и капитальном ремонте дорог для восстановления несущей способности слоев щебеночных (гравийных) оснований и усиления нежестких дорожных одежд предпочтение следует отдавать методу холодной регенерации. На каждом этапе жизненного цикла автомобильных дорог имеются резервы для увеличения межремонтных сроков, которые необходимо реализовывать.

1. Красиков О.А., Косенко И.Н. Межремонтные сроки службы нежестких дорожных одежд и покрытий // Дороги и мосты. 2019. № 1(41). С. 92–108. EDN NNKBQD.

2. Золотарев В.А. Концепция вечных дорожных одежд // Автомобильные дороги. 2013. № 2. С. 60–63.

3. Радовский Б.С. Концепция вечных дорожных одежд // Дорожная техника. 2011. № 11. С. 132–144.

4. Яромко В.Н., Ахмедов К.И. К вопросу проектирования долговечных дорожных одежд // Автомобильные дороги и мосты. 2017. №1 (19). С. 14–19.

5. Кулижников А.М. Пути увеличения межремонтных сроков службы автомобильных дорог // Транспорт Российской Федерации. 2018. № 2(75). С. 46–50. EDN YXNLNY.

6. Кулижников А.М. Требования к деформационным характеристикам рабочего слоя земляного полотна // Дороги и мосты. 2017. № 37/1. С. 81-92.

7. Окольникова Г.Э., Симоненко У.Ю. Химическая стабилизация пучинистых грунтов // Системные технологии. 2023. № 2(47). С. 178–181. DOI 10.55287/22275398_2023_2_178. EDN LKORZW.

8. Jassim N.W., Hassan H.A., Mohammed H.A., Fattah M.Y. Utilization of waste marble powder as sustainable stabilization materials for subgrade layer // Results in Engineering. 2022. Vol. 14. P. 100436. DOI 10.1016/j.rineng.2022.100436. – EDN NIYIOI.

9. Ojuri O.O., Ramdas V., Aderibigbe E.A. [et al.]Improving strength and hydraulic characteristics of regional clayey soils using biopolymers // Case Studies in Construction Materials. 2022. Vol. 17. P. e01319. DOI 10.1016/j.cscm.2022.e01319. EDN MJNZNQ.

10. Opukumo A.W., Davie C.T., Glendinning S., Oborie E. A review of the identification methods and types of collapsible soils // Journal of Engineering and Applied Science. 2022. Vol. 69, No. 1. P. 1–21. DOI 10.1186/s44147-021-00064-2. EDN DSVAHX.

11. Tan E.H., Zahran E.M.M., Tan S.J. A comparative experimental investigation into the chemical stabilisation of sandstone aggregates using cement and styrene-butadiene copolymer latex for road sub-base construction // TransportationGeotechnics. 2022. Vol. 37. P. 100864. DOI 10.1016/j.trgeo.2022.100864. EDN EKVALW.

12. Yang B., Li H., Li H. [et al.] Experimental investigation on the mechanical and hydraulic properties of urease stabilized fine sand for fully permeable pavement // International Journal of Transportation Science and Technology. 2022. Vol. 11, No. 1. P. 60–71. DOI 10.1016/j.ijtst.2020.12.002. EDN GAHXFI.

13. Bieliatynskyi A., Yang Sh., Krayushkina K. [et al.]Study of the possibility of using phosphorous slags in road construction // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2022. Vol. 36. P. 101262. DOI 10.1016/j.jestch.2022.101262. EDN MNNGDV.

14. Беляев Н.Н. Полужесткие дорожные одежды // Автомобильные дороги. 2017. № 12. С. 48–51.

15. Лыткин А.А. Опыт строительства монолитных слоев дорожных одежд при отрицательных температурах воздуха // Вестник СибАДИ. 2022;19(3):422–435. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-3-422-435

16. Лыткин А.А. Влияние повторного уплотнения и транспортных нагрузок на характер твердения белитового шлама в слоях дорожных одежд // Вестник СибАДИ. 2017;(3(55)):125–132. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2017-3(55)-125-132

17. Lytkin A.A. Study of the Transport Loads Influence on the Nature of Belite Sludge Hardening in Pavement. MaterialsScienceForum 992. 2020. pp. 79–85. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.992.79.

18. Нефелиновые концентраты и шламы – уникальное сырье для геополимерных материалов и конструкций / Б.В. Левин, Б.С. Лисюк, К.Л. Луценко [и др.] // Мир дорог. 2020. № 129–130. С. 91–100. EDN FWCAHQ.

19. Лыткин А.А., Старков Г.Б., Вагнер Е.Я. Исследование эффективности использования белитового шлама для устройства монолитных слоев дорожных одежд методом холодного ресайклинга // Вестник СибАДИ. 2020;17(6):764–776. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-6-764-776.

20. Chegenizadeh A., Tufilli A., Arumdani I.S. [et al.] Mechanical Properties of Cold Mix Asphalt (CMA) Mixed with Recycled Asphalt Pavement // Infrastructures. 2022. Vol. 7, No. 4. P. 45. DOI 10.3390/infrastructures7040045. EDN MWEGTX.

21. Kim Ye., Lee S. Experiments and numerical analysis of cold-recycled asphalt mixture modified with desulfurization gypsum additive // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 326. P. 126803. DOI 10.1016/j.conbuildmat.2022.126803. EDN RQBUUS.

22. Wang D., Chang H., Cai Y. [et al.] Performance and assessment of modified cold recycled asphalt emulsion mixture // Road Materials and Pavement Design. 2023. Vol. 24, No. 10. P. 2425–2447. DOI 10.1080/14680629.2022.2148183. EDN TUIXPK