Асфальтовые смеси на основе высокомодифицированного битума

Смесь на основе высокомодифицированного битума легко перерабатывается, а дорожное полотно — в 12 раз более устойчиво к усталостным нагрузкам по сравнению со стандартным ПБВ. Это позволяет заменить многослойное покрытие однослойным, снизить толщину слоя на 20-60% без потери качества дорожного полотна и вернуть часть инвестированных в дорогу средств уже на стадии строительства. В случае укладки только верхнего слоя из высокомодифицированного битума рекомендуется применять достаточное количество грунтовки, повышающей липкость.

В 2009 Kraton Polymers спонсировал строительство сектора на испытательном дорожном полигоне, принадлежащего Национальному Центру Битумных Технологий (NCAT) в штате Алабама, США, содержащего смеси на основе высокомодифицированного битума во всех трех слоях. Высокий уровень полимера в модифицированном битуме обусловил высокую жесткость смесей с их одновременной высокой устойчивостью к деформациям, что позволило снизить толщину сектора на 18% по сравнению со стандартной смесью (до 5,75 дюймов с 7 дюймов).

«Снижение общей толщины асфальтового покрытия на основе битума с высоким содержанием полимера Кратон является потенциальным экономическим преимуществом для владельцев магистралей», предположил доктор Базз Пауэлл, помощник директора NCAT и управляющий испытательным дорожным полигоном. «Потенциальным преимуществом этой технологии является ее соотношение цена/качество, связанное состроительством более тонких покрытий при сохранении необходимых показателей дорожного полотна».Сектор N7, построенный с применением полимера Kraton D0243 сейчас проходит второй цикл испытания трафиком, но характеристики покрытия по-прежнему отличные. Спустя 14,5 миллионов ESAL (эквивалент нагрузки от прохода одинарной оси грузовика) наблюдается минимальное колееобразование и нет намека на усталостное разрушение. Для сравнения, в контрольном секторе большей толщины наблюдается 6% растрескивание в области приложения нагрузки от правого колеса (2% от общей ширины полосы).

Исключительная устойчивость к усталостному разрушению и колееобразованию, наблюдаемая в секторе N7, обусловила выбор асфальтовой смеси на основе высокомодифицированного битума (HiMA) для восстановления полностью разрушившегося покрытия соседнего сектора. Сектор Оклахомы N8 был построен на мягком грунте, имитирующем природную почву штата Оклахома. Участок с толщиной асфальтового покрытия 10 дюймов был построен в 2006 г поверх жесткого основания, имитирующего стабилизацию известью. В конце трехлетнего цикла наблюдения сектор был в плохом состоянии и был отремонтирован. 5-дюймовые отфрезерованный и восстановленный слои в следующем цикле наблюдения разрушились еще раньше, после 3,5 миллионов ESAL. Для срочного восстановления сектора N8, покрытие было отфрезеровано на 5,75 дюйма, а измельченный материал был повторно использован путем подмешивания к асфальтобетонной смеси на основе высокомодифицированного битума HiMA для всех трех слоев нового покрытия. В конце 2013 нагрузка на новое дорожное покрытие составила приблизительно 10 миллионов ESAL и срок службы покрытия с применением смеси HiMA превысил срок службы покрытия после предыдущего ремонта практически в три раза.

В силу привлекательных результатов, показанных смесью на основе высокомодифицированного битума HiMA на испытательном дорожном полигоне NCAT, департаменты транспорта штатов применили эту новую технологию у себя в регионах. Поскольку высокомодифицированный битум достаточно дорогой – он может увеличить стоимость смеси на 15-25% по сравнению с обычным полимер-битумным вяжущим – его стоимость была компенсирована уменьшением толщины дорожного покрытия с одновременным повышением его срока службы. При уменьшении толщины покрытия снизилась не только стоимость материалов, но также была минимизирована стоимость покрытия в ответственных зонах, где изменение марок материалов обуславливает основные расходы в этих областях покрытия. Опыт сектора Оклахомы и его реконструкции, полученный на полигоне NCAT подтолкнул департамент транспорта штата принять решение применить в 2012 г смесь на основе высокомодифицированного битума HiMA для восстановления магистрали I-40 на западе Оклахома Сити (рис.3). На восстанавливаемом участке присутствовали глубокая колейность и сильное растрескивание покрытия. Проектом предполагалось снять фрезерованием со старого покрытия участка длиною 2 мили 5 дюймовый слой, а затем уложить 8 дюймовый слой из смеси на основе высокомодифицированного битума HiMA и 0,75 дюймового пористого слоя торможения. На основе результатов испытаний на полигоне NCAT, предполагалось, что 8 дюймовое покрытие на основе высокомодифицированного битума HiMA будет обладать такими же характеристиками, что и 10,5 дюймовый слой обычного асфальта. По требованию заказчика верхний слой был увеличен до 1,5 дюймов и уложен на 8 дюймовый средний слой HiMA, содержащий повышенное количество битума для повышения устойчивости покрытия к усталостным нагрузкам и растрескиванию.

Асфальтобетонная смесь на основе высокомодифицированного битума HiMA применялась для восстановления участка U.S. 231 в г. Трой, Алабама в 2012 г, где наблюдалось сильное колееобразование. Независимая экспертиза показала, что значительная консолидация разрушений наблюдалась в существующем среднем слое ЩМА, но точная причина этого явления не была установлена. Предполагаемые проектом четырехдюймовые слои ЩМА в северном и южном направлениях были заменены на 2,5 дюймовый слой средний слой HiMA и 1,5 дюймовый поверхностный слой традиционного PG 76-22. Ночные работы проходили без остановок и обнаружилось, что смесь HiMA легко перерабатывается. «Прошел год, как мы уложили слой смеси на основе высокомодифицированного битума HiMA и департамент транспорта штата Алабама следит за уровнем колейности на участке в Трое при помощи профильной рейки», сказал Крис Ханер, инженер подразделения, помогающего департаменту транспорта штата Алабама. «Мы не увидели какого-либо значительного колееобразования. Мы уверены, что продукт на основе высокомодифицированного битума HiMA повысил долговечность покрытия и его устойчивость к колееобразованию.» Смесь на основе высокомодифицированного битума HiMA также применялась летом 2013 г. в г. Нэшвилл, штат Теннеси для ремонта городской улицы. Основной проблемой проекта Elm Hill Pike, включавшего сильно загруженные перекрестки и сектора длиной приблизительно одну милю с каждой стороны, было сильное колееобразование. Департамент транспорта штата Теннеси предоставил спецификацию для высокомодифицированного материала. Уложенная на перекрестках асфальтобетонная смесь с максимальным номинальным размером щебня 12.5 мм содержала вяжущее класса PG 76-22E и 10% переработанного старого асфальта. Для остальных участков проекта применялась смесь с максимальным номинальным размером щебня 9.5 мм. «Вяжущее PG 76-28E было очень эластичным, что дало нам возможность распределить смесь с максимальным номинальным размером щебня 9.5 мм тонким слоем на дорожном покрытии»,- сказал Марк Вуд, инженер департамента транспорта штата Теннеси, отдел битумных материалов.