Устройство дорожных покрытий: кейс по устойчивости

В этой статье Эрик Деннеман (Erik Denneman), технический менеджер по Ближнему Востоку и Азиатско-Тихоокеанскому региону в компании Puma Bitumen, приводит социальный бизнес-кейс по реализации концепции устойчивых дорожных одежд, для создания которых уже существует множество современных технологий.

Ожидания пользователей относительно качества дорог меняются. Как меняются и способы устройства дорожных покрытий. Дорожные покрытия с поверхностной обработкой битумными материалами следующего поколения должны будут удовлетворять растущим требованиям к качеству, безопасности и устойчивости дорог.

Продолжающийся переход экономики от линейной (по методу «бери, делай, используй и утилизируй») к экономике замкнутого цикла (по методу «бери, используй, используй повторно, делай повторно и перерабатывай повторно») вдохновляет. Асфальтобетонной отрасли есть что рассказать по этому поводу.

Асфальтобетон – это материал, который допускает повторное использование в полном объеме. И в этой отрасли мы неуклонно двигаемся к цели, которая заключается в осуществлении полноценного перехода к экономике замкнутого цикла. Но нам предстоит еще многое сделать для повышения устойчивости дорожных покрытий. Кроме фокуса на реализации концепции устойчивости, технологии устройства дорожного покрытия должны также адаптироваться к изменениям, происходящим в области транспортных технологий.

Ожидается, что следующее десятилетие принесет беспрецедентные изменения в области мобильности. Появление электромобилей и автомобилей-роботов изменит требования, предъявляемые к дорожной инфраструктуре, создание которой требует долгосрочных инвестиций. Взаимодействие между автомобилем-роботом и инфраструктурой будет порождать новые требования к строительству дорог и надежности дорожных покрытий. К примеру, с появлением беспилотных грузовых автомобилей может повысится нагрузка на дорожное покрытие из-за того, что может сузиться зона распределения траекторий движения автомобилей по ширине дорожного покрытия.

Кроме того, может измениться форма собственности на транспортные средства. Все меньше людей будет ощущать необходимость иметь в собственности транспортное средство, когда можно заказать автомобиль из автомобильного парка в любой момент одним нажатием кнопки. К тому же, это приведет к снижению поступлений от уплаты топливных сборов и постановки на учет транспортных средств, что скажется на бюджетах, выделяемых для содержания дорог. Уже сейчас во многих странах мира ощущаются проблемы с наполнением этой части бюджета.

Между тем, дороги все больше рассматриваются как сервис, поэтому нормой считается комфорт, безопасность и функциональное состояние.

Когда речь заходит о повышении устойчивости дорожных одежд, замечательным инструментом, помогающим принять решение при выборе наиболее устойчивых вариантов, является иерархия управления отходами. Иерархия основывается на трех принципах: сокращение отходов, вторичное использование и вторичная переработка. Наиболее предпочтительным вариантом является сокращение отходов. Наименее предпочтительным вариантом считается переработка материалов для использования в областях с более низкой добавленной стоимостью.

Сокращение отходов

Значительные успехи в сокращении отходов в дорожном строительстве были достигнуты с появлением дорожных одежд с большой продолжительностью жизни или «вечных» дорожных одежд. Концепция вечных дорожных одежд стала популярной в США и Европе в начале 2000-х годов. Дорожная одежда и земляное полотно проектируются таким образом, чтобы выдержать нагрузку неопределенного количества тяжеловесных автотранспортных средств. В отличие от традиционных подходов к конструированию дорожной одежды, которые предусматривают расположение слоев с убыванием прочностных характеристик по глубине, вечные дорожные одежды конструируются таким образом, чтобы очаги разрушения, порождаемые движением транспортных средств, возникали только в верхнем, заменяемом слое. Все, что требуется для таких дорог, — это своевременное обслуживание и ремонт «приносимого в жертву» слоя износа. Строительство «вечных» дорог избавляет от необходимости капитального ремонта и восстановления всех слоев дорожной одежды, позволяя экономить дорожные материалы и, что особенно важно, значительно сокращая время ремонтных работ. Для восстановления верхнего слоя требуется гораздо меньше времени, чем для ремонта всех слоев дорожной одежды. Соответственно, сокращается продолжительность ограничения или прекращения движения на ремонтируемом участке, и создается меньше неудобств для участников дорожного движения.

И наконец, существуют методы поверхностной обработки дорожного покрытия. Один из таких методов заключается в поверхностной обработке жидким битумом. При обработке покрытия битумное вяжущее распыляется на существующий верхний слой дорожного покрытия с образованием тонкой защитной пленки. Образующаяся тонкая битумная пленка продлевает срок службы дорожных материалов. Более того, это один из рациональных подходов к повышению устойчивости асфальтобетонных покрытий дорог. Под воздействием солнечных лучей и взаимодействуя с кислородом воздуха, пленка битумного вяжущего со временем окисляется, в результате чего происходит образование поверхностных трещин. Растрескивание начинается в верхних слоях, распространяется в нижние, затем происходит отслаивание заполнителя. Различные методы поверхностной обработки для образования защитного слоя направлены на предупреждение процесса окисления путем формирования пленки, препятствующей непосредственному контакту с окружающей средой. Нанесение защитной пленки в качестве меры по уходу за дорожным покрытием явно недооценивается. И это, несмотря на множество предметных исследований в этой области, доказавших эффективность этого метода, включая экономию средств и материалов.

Когда подходит время замены асфальтобетонного покрытия, старый асфальтобетон снимают с помощью дорожных фрез, добавляют некоторое количество «свежего» битумного вяжущего или восстанавливающего агента, и получают материал, который можно использовать как новую смесь. С точки зрения экономики замкнутого цикла, дорожно-строительная отрасль располагает уникальными возможностями: все выпускаемые материалы можно использовать повторно в составе асфальтобетона бесконечное число раз, как для поверхностных слоев дорожной одежды, так и для слоев основания. Согласно принципам иерархии управления отходами, необходимо стимулировать использование восстановленного асфальтобетона в новом материале. При этом необходимо избегать использования восстановленного асфальтобетона в областях применения с низкой добавленной стоимостью, например, в качестве зернистого основания или для устройства дорожных обочин.

Вторичная переработка

Асфальтобетонная промышленность накопила многолетний опыт переработки отходов других отраслей промышленностей. Многочисленные примеры включают золу уноса, металлосодержащий шлак, использованную стеклянную тару. Недавно к ним добавились пластиковые материалы. Резиновая крошка, которую изготавливают из старых автомобильных шин, используется в широких масштабах в качестве эластомерного модификатора битума. В некоторых странах, таких как США, Австралия и ЮАР, на основе модифицированного резиновой крошкой битума удалось создать более трещиноустойчивый асфальтобетон и напыляемые защитные покрытия. Использование модифицированного резиновой крошкой битума является примером очень выгодного применения проблемных отходов и потенциальным решением проблемы, связанной с тысячами тонн использованных автомобильных шин, находящихся на свалках по всему миру. Неудивительно, что в Европе возобновился интерес к использованию битума, модифицированного резиновой крошкой.

При добавлении вторичных материалов в асфальтобетон важно, чтобы это происходило по правильным причинам и не отражалось на продолжительности жизненного цикла продукта. Что касается промышленных предприятий, важно понимать и предупреждать использование материалов, нарушающих требования к гигиене труда и технике безопасности, например, выделяющих в атмосферу вредные вещества, а также материалов, которые делают невозможным повторное использование дорожного материала или которые ухудшают технические характеристики асфальтобетона. Использование отходов в асфальтобетонном материале создает позитивный фон в СМИ, но если такие отходы ухудшают эксплуатационные характеристики материала, мы получим дорожное покрытие, которое не будет действительно устойчивым.

Чтобы удовлетворить меняющиеся ожидания общества в отношении дорожной инфраструктуры, потребуются инновационные решения для устройства соответствующих дорожных одежд. Но, как правило, изменения в строительном секторе происходят медленно и постепенно, частично из-за высокого уровня технического регулирования и стандартизации. Предполагаемый риск экспериментирования с новыми продуктами, имеющими неопределенные долгосрочные эксплуатационные качества, приводит к возврату к традиционным подходам к конструированию дорожной одежды. Это понятно, так как согласно стандартным формам договоров между строительным подрядчиком и владельцем дороги риск низких эксплуатационных качеств переходит к владельцу дороги сразу же после завершения дорожных работ. И если окажется, что дорожное покрытие не справляется с возложенной на него задачей, нести бесконечные расходы по его ремонту будет владелец.

Тем не менее, сейчас все чаще применяются альтернативные формы договоров, например, договоры, основанные на показателях качества. Такая форма договоров создает условия для инновационной деятельности. Согласно договорам этого типа, подрядчик несет ответственность за эксплуатационные качества продукта в течение установленного периода времени. Такой период может быть относительно коротким и составлять, например, два года. Могут быть установлены более длительные сроки, например, двадцать лет. В результате, риск, связанный с инновационной деятельностью, лежит на стороне, которая лучше всего способна справиться с ним, т.е. на подрядчике. При этом возможный положительный результат также зависит от подрядчика, — стороны, которая способна обеспечить его достижение наилучшим образом. В этом случае, учитывая тот факт, что при недостижении согласованных показателей качества подрядчику придется повторять цикл укладки, подрядчик и его поставщики будут более тщательно подбирать материалы и вполне вероятно, срок службы таких материалов будет превышать характеристики материалов, указанных в дорожных требованиях.

Этот вопрос приобретает все большее значение и в связи с тем, что сложность логистической цепочки поставок битума растет вместе с растущим числом различных тяжелых нефтяных остатков, требующих утилизации. Традиционно, эти отходы нефтеперегонки направляются на предприятия, производящие нефтяной битум. Эта тенденция сохранится с вступлением в силу изменений, касающихся процессов переработки нефти. Новые изменения предусматривают регламентированное уменьшение содержания серы в судовом топливе. Ответственность за обеспечение качества битума с учетом указанных изменений лежит на поставщиках дорожного битума.

Другие эффективные методы стимулирования инновационной деятельности включают разработку технических требований с четко сформулированными параметрами конструирования дорожных одежд, которые будут связаны с эксплуатационными качествами. Здесь, вместо высоко стандартизированных технических требований, имеющих форму рецептур, у производителей появится больше свободы в выборе альтернативных материалов и составов смесей, и при этом они должны будут обеспечивать согласованный уровень эксплуатационных характеристик.

Для категорий продуктов, используемых при устройстве дорожного покрытия, для которых на настоящий момент не разработаны эксплуатационно-технические требования, альтернативой может стать оценка соответствия целевому назначению. Во многих странах существуют независимые сертификационные органы. Среди таких органов — авторитетный институт British Board of Agrément в Великобритании, агентство Agrément South Africa в Южно-Африканской Республике. Сюда можно отнести программу TIPES (Программа оценки продуктов, предназначенных для транспортной инфраструктуры) австралийского совета по дорожным исследованиям Australian Road Research Board. В этих странах сертификация на соответствие целевому назначению является ключом к созданию инновационных запатентованных систем, например, ультратонких слоев поверхностной обработки. Приведенные в качестве примера, ультратонкие слои поверхностной обработки позволяют не только удовлетворить потребности общества в безопасных, ровных и долговечных дорогах, но и обеспечивают высокое сопротивление заносу и экономичность в техническом обслуживании дорог. Более того, их ограниченная толщина сокращает использование ресурсов, что делает их весьма сбалансированным вариантом.

Чтобы удовлетворить растущие требования общества к дорожным покрытиям будущего, нужно больше инноваций. Слишком часто консерватизм заставляет выбирать недостаточно оптимальные продукты, когда доступны более подходящие инновационные решения. Например, более высокая стоимость обслуживания покрытия, выполненного из дренирующего асфальтобетона, в условиях влажного климата послужила причиной того, что такой асфальтобетон стали использовать реже, несмотря на данные, свидетельствующие о значительном снижении количества ДТП.

И все-таки, в мире, где дороги все чаще рассматриваются как сервис, приоритетной задачей должно быть удовлетворение ожиданий потребителей в отношении ровных, безопасных и устойчивых дорог.

Непредвзято о дренирующих асфальтобетонах

Дренирующий или пористый асфальтобетон представляет собой асфальтобетонную смесь с прерывистым гранулометрическим составом, которая применяется в качестве верхнего покрытия поверх плотного асфальтобетона. Основную долю состава такой смеси составляет одномерный щебень. Такая смесь имеет высокое содержание воздушных пустот. Прерывистый гранулометрический состав обеспечивает быстрый отвод воды с поверхности дороги, уменьшая образование брызг и снижая риск аквапланирования. Покрытие из такого материала способствует сокращению шума, возникающего при взаимодействии шины автомобиля с покрытием. Стоимость материалов и строительства дорожных покрытий из дренирующего асфальтобетона, как правило, выше, чем в случае традиционных смесей с непрерывным гранулометрическим составом. Однако анализ затрат и выгод и практический опыт показывают, что преимущества этого типа дорожного покрытия перевешивают дополнительные затраты на строительство.

Передает Информационный портал Заполнители