Асфальт — природная или получаемая искусственным путем смесь битумов (от 60 до 75 % в природном и от 13 до 60 % — в искусственном асфальте), нефтяных производных и небольшого количества минеральных материалов. Представляет собой вязкое смолистое вещество темного цвета.
В повседневной жизни асфальтом упрощенно называют любые горячие или холодные асфальтобетонные смеси (в том числе щебёночно-мастичный и литой асфальт), которые применяются при асфальтировании дорог и территорий. На самом же деле, содержание асфальта как вещества (в виде битумного вяжущего) в общей массе асфальтобетонной смеси составляет около 10–15 % (зависит от марки асфальтобетона).
Химический состав асфальтобетона
Асфальт состоит из двух компонентов:
Асфальтенов и Мальтенов
Асфальтены (А) - компонент асфальта, не растворимый в парафиновых углеводородах.
−Они служат в качестве вспомогательного вещества
Мальтены – масла и смолы, полученные после выделения асфальтенов из битума.
−Выделяют 4 фракции мальтенов
Фракции мальтенов
Назначение и область применения асфальта
Основным функциональным назначением асфальта является использование его в качестве строительного вяжущего материала.
Кроме того, асфальт может использоваться для приготовления различных строительных замазок и клеев, кровельных материалов (рубероида, битумной черепицы, пергамина и др.), лакокрасочных материалов, гудрона, кожзаменителя, а также в качестве гидро- и электроизоляционного материала.
Несмотря на широкое применение асфальта во многих отраслях промышленности, главной сферой его потребления является дорожно-строительная отрасль, где он используется при производстве асфальтовых мастик, дорожного битума и битумных эмульсий, а также горячих и холодных асфальтобетонных смесей, которые применяются при строительстве дорог и аэродромных покрытий, производстве работ по асфальтированию автомобильных дорог, территорий и других объектов.
Классификация асфальтов
Природный асфальт
Твердая ископаемая смолистая порода черного или темно-бурого цвета, которая образуется в результате физико-химических процессов из тяжелых нефтяных фракций. Являясь продуктом окисления нефти (выветривания легких фракций), природный асфальт на 80–85 % состоит из углерода, на 10–12 % из водорода, а также включает в свой состав органические соединения серы, азот и кислород. Природный асфальт является промежуточным веществом на этапе преобразования нефти в мальту (групповое классификационное название мягких битумов).
Природный асфальт чаще всего встречается в районах нефтяных бассейнов в местах неглубокого залегания нефти и ее естественного выхода на поверхность земли. Кроме этого, существуют так называемые «нефтеносные пески» — осадочные породы содержащие природный асфальт, из которых путем специальной обработки получают битум.
Искусственный асфальт
Строительный материал, представляющий собой черную смолистую массу, получаемую в процессе перегонки нефти. Искусственный асфальт образуется в результате выделения и смешивания тяжелых нефтяных фракций (парафина, битума, мазута и др.). Применяется для производства основных типов асфальтобетонных смесей (асфальтобетона) используемых при создании асфальтированных дорог, среди которых различают:
- горячие асфальтобетонные смеси (на основе вязкого битума) — укладываются при температуре 120 °C;
- теплые асфальтобетонные смеси (с маловязким битумом) — укладываются при температуре 40–80 °C;
- холодные асфальтобетонные смеси (на основе жидкого битума) — укладываются и уплотняются при температуре окружающего воздуха (но не ниже −5 °С).
Помимо производства асфальтобетонных смесей, искусственный асфальт может применяться в виде дорожной асфальтовой мастики (содержащей 13–60 % битума) или асфальтовой (битумной) эмульсии.
Использование асфальта в дорожно-строительной отрасли
Сфера дорожного строительства является одним из главных потребителей природного и искусственного асфальта. Асфальтирование автомобильных дорог, пешеходных дорожек и территорий, созданий аэродромных покрытий, устройство асфальтированных площадок промышленного назначения, все это было бы не возможно без асфальта и продуктов на его основе. Асфальту отведена роль наиболее важного компонента при производстве таких дорожно-строительных материалов как: битум, катионные и анионные битумные эмульсии, горячие и холодные асфальтобетонные смеси.
Асфальтирование — в дорожном строительстве технологический процесс распределения, укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси (горячей, теплой или холодной) с созданием необходимых условий для ее твердения.
Асфальтирование осуществляется с целью устройства верхних слоев автомобильного и/или пешеходного покрытия нежесткого типа, создания нижних слоев дорожного покрытия, а также верхних слоев дорожного основания.
Дорожное покрытие — наиболее прочный слой дорожной одежды, определяющий основные транспортно-эксплуатационные характеристики дороги, воспринимающий непосредственное воздействие нагрузки от транспортных средств и влияние атмосферных факторов.
Дорожное основание — несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с дорожным покрытием распределение нагрузки и передачу ее на грунт земляного полотна. Дорожное основание может состоять из верхнего слоя, создаваемого из более прочных материалов (крупнозернистого асфальтобетона или черного щебня) и нижнего слоя, к материалам которого предъявляются менее жесткие требования по прочности (щебень, гравий, песок и другие материалы не обработанные органическим вяжущим).
Укладка асфальта при использовании современной техники
В процессе строительства новой автомобильной дороги, капитального ремонта или реконструкции дорожного полотна, именно асфальтированию отводится наиболее значимая роль в достижении требуемого качества покрытия.
Технология устройства покрытий методом асфальтирования может применяться на автомобильных дорогах любых категорий и в любых дорожно-климатических зонах Украины (от А-1 до А-7). Асфальтирование достаточно часто применяется также для устройства твердых асфальтобетонных покрытий малых площадей: спортивных площадок, придомовых территорий, пешеходных и велосипедных дорожек, торговых и промышленных площадок, паркингов, территорий АЗС и других объектов.
Основные этапы технологического процесса асфальтирования
Процесс асфальтирования включает в себя 3 основных этапа:
- Подготовительные работы
- Укладка асфальтобетонной смеси
- Уплотнение асфальтобетонной смеси
Подготовительные работы
Суть данного этапа асфальтирования заключается в подготовке нижележащего слоя к процессу укладки асфальта. Конструктивный слой дорожной одежды, на который предстоит укладывать асфальтобетонную смесь, должен быть уплотнен до нормируемой плотности и иметь требуемую ровность поверхности. Если на поверхности основания присутствуют существенные неровности, то устраивается выравнивающий слой из того же асфальтобетона или других дорожно-строительных материалов обработанных органическим вяжущим.
При отсутствии на асфальтируемом основании неровностей и повреждений в виде трещин, ям, выбоин, впадин и других дефектов, подготовительные работы включают:
- Очистку основания от грязи, пыли и влаги.
Подгрунтовку поверхности основания битумной эмульсией или битумом. Подгрунтовка производится не менее чем за 6 часов до укладки асфальта. Жидкий битум или битумная эмульсия наносится на обрабатываемую поверхность с помощью автогудронатора, а также прицепного или ручного гудронатора, равномерным слоем без пропусков. Подгрунтовку асфальтируемого основания из свежеуложенного асфальта можно не производить, если его поверхность не загрязнена и не подвергалась движению транспорта. Кроме того, обработка нижележащего слоя не производится если слои асфальта укладываются один за другим без значительных перерывов (не более 10 суток при отсутствии загрязнений асфальтируемой поверхности и движения по ней транспорта).
При асфальтировании с применением литой асфальтобетонной смеси подгрунтовка основания горячим битумом не допускается, а должна проводиться исключительно битумной эмульсией.
При использовании некоторых видов асфальтоукладочной техники оборудованной модулем для распределения битумной эмульсии (Vogele Super c модулем SprayJet, Roadtec SP-200 и др.), процесс подгрунтовки основания может быть объединен с процессом укладки асфальта, выполняясь таким образом одновременно.
Завод по сортировке крошки
2. Укладка асфальтобетонной смеси
В зависимости от степени участия машин и средств механизации, распределение и укладка асфальта может осуществляться следующими способами:
- Механизированная укладка — все процессы распределения и укладки асфальта выполняются с помощью асфальтоукладочной техники. Механизированная укладка асфальта может осуществляться на ширину от 60 см для асфальтирования пешеходных и велосипедных дорожек, до 12 м — при одновременном асфальтировании двух полос автомобильной дороги.
- Полумеханизированная укладка — наряду с асфальтоукладочной техникой используется ручной способ укладки асфальта для асфальтировки труднодоступных мест.
- Ручная укладка — осуществляется полностью ручным способом. Ручная укладка асфальта применяется при асфальтировании небольших участков (площадью до 30 м2) и труднодоступных для асфальтоукладчика мест.
Эволюция укладки горячего асфальта
3. Уплотнение асфальтобетонной смеси
Процесс уплотнения асфальтобетонной смеси следует сразу же после ее укладки. Достижение заданного качества асфальтобетонного покрытия при асфальтировании обеспечивается уплотняющими машинами. Для этих целей могут быть использованы разные методы уплотнения и различные типы катков в зависимости от конкретных условий производства работ по асфальтированию.
Традиционными машинами для уплотнения горячих асфальтобетонных смесей являются катки статического действия, которые могут быть использованы на всех этапах уплотнения асфальтируемых покрытий. В настоящее время широкое применение получают технологические схемы уплотнения с помощью пневмоколесных катков. При уплотнении труднодоступных мест для уплотнения применяются ручные виброкатки или вибрационные плиты.
Горячую асфальтобетонную смесь уплотняют катками сразу же после ее распределения асфальтоукладчиком. Уплотнение начинается с поперечного сопряжения полос и далее производится от краев к оси дороги, а затем от оси к краям. Первый проход катка совершается не доходя до края ранее уложенной полосы на расстояние от 10–20 см.
В процессе уплотнения катки должны осуществлять челночное движение по укатываемой полосе в продольном направлении, перекрывая каждый след на ширину от 20 до 30 см в поперечном направлении. Схема укатки должна обеспечивать равномерное уплотнение по ширине укатываемого полотна, что достигается одинаковым числом прохода катка по каждому следу.
Вид, вес, количество дорожных катков и ведущую машину звена для основного уплотнения подбирают исходя из вида асфальтобетонной смеси, толщины асфальтируемого слоя, скорости укладки и погодно-климатических условий. Ориентировочное количество гладковальцовых катков устанавливают из расчета по 2 катка на ширину от 4,5 до 6 метров укладываемого слоя. На стадии предварительного уплотнения катки работают в статическом режиме. Вибрация на вальцах включается на основном этапе уплотнения.
При асфальтировании с применением литой асфальтобетонной смеси этап уплотнения отсутствует, т. к. смесь имеет вязко-текучую консистенцию и самостоятельно распределяясь по поверхности, набирает прочность при остывании. С другой стороны, при литьевой технологии асфальтирования обязательной является процедура «распределения и запрессовки щебня», производимая сразу после укладки асфальта.
Запрессовка щебня — технологическая операция по приданию покрытию из литого асфальтобетона требуемых фрикционных характеристик путем распределения и втапливания в него горячего черного щебня.
Общие правила и наиболее важные аспекты при асфальтировании
До начала процесса асфальтирования производится составление проекта производства работ и последующее его утверждение. Повышение требований к качеству автомобильных дорог предъявляет более высокие требования к производству работ по укладке и уплотнению асфальтированных дорожных покрытий из асфальтобетонных смесей. Добиться требуемых показателей качества асфальтированных покрытий возможно при соблюдении технологических режимов производства работ, правильном выборе применяемого оборудования и высоком качестве материала.
Ни один другой вид дорожно-строительных работ не находится в такой зависимости от температуры окружающего воздуха, выпадающих осадков, солнечной радиации, воздействия химических реагентов в зимний период, как асфальтирование. Поэтому, при составлении проекта работ по асфальтированию автомобильных дорог и малых площадей необходимо учитывать влияние погодно-климатических факторов: среднемесячную температуру воздуха, количество выпадающих осадков, направление и скорость ветровых потоков, глубину залегания грунтовых вод, наступление периода с отрицательными температурами, началом оттаивания грунта и другие факторы.
Асфальтирование должно осуществляться в сухую погоду, на сухом основании с положительной температурой. Весной при температуре окружающего воздуха не ниже +5 °С, осенью — не ниже +10 °С. Температура окружающего воздуха влияет на интенсивность остывания горячей асфальтобетонной смеси, а соответственно и на длину полосы укладки смеси и технологию ее уплотнения. При использовании некоторых типов асфальтобетонной смеси допускается отклонение от указанных требований (литой асфальт, холодный асфальт и др.).
Обеспечение требуемых температурных режимов при укладке и уплотнении горячих смесей с учетом ее свойств и соответствия им силовых параметров уплотняющих машин позволяет повысить качество дорожных покрытий.
Конкретный материал с помощью которого будет заасфальтирован участок выбирается на стадии разработки проекта в зависимости от категории дороги и условий ее эксплуатации. При этом, для каждого конструктивного слоя дорожной одежды подбирается своя разновидность асфальтобетона.
- В верхних слоях покрытий на дорогах всех категорий используют только плотный или высокоплотный мелкозернистый асфальтобетон с большим содержанием щебня или отсевов дробления, характеризующийся высокими прочностными показателями и обладающий устойчивостью к воздействию погодно-климатических факторов в процессе эксплуатации дороги.
- Нижние слои покрытия на дорогах I–II категории устраивают из пористого асфальтобетона, а на дорогах III–IV категории — и из высокопористого асфальтобетона.
- В верхних слоях оснований может использоваться как пористый, так и высокопористый асфальтобетон.
При строительстве новой автомобильной дороги, реконструкции или капитальном ремонте дорожного полотна, работы по асфальтированию целесообразно организовывать в две смены: верхний асфальтированный слой покрытия устраивать в первую смену (днем), нижний — во вторую (накануне вечером).
При асфальтировании автомобильной дороги должны быть сформированы механизированные звенья, включающие асфальтоукладчик (от одного до трех в зависимости от ширины проезжей части), дорожные катки, вспомогательные машины и другие приспособления. В местах недоступных для техники, асфальтирование осуществляется ручным способом. Ведущей машиной при асфальтировании дорожных покрытий является асфальтоукладчик.
До начала асфальтирования желательно производить пробную укладку асфальтобетонной смеси для того, чтобы совместно с асфальтобетонным заводом скорректировать состав смеси и нормы розлива битумного вяжущего для подгрунтовки, а также уточнить толщину припуска на уплотнение слоя катками и необходимого количества прохода катков по одному следу для достижения проектной плотности. Длина полосы пробной укладки при ширине одного прохода асфальтоукладчика должна составлять не менее 200 метров. По результатам пробной укладки уточняют окончательный рецепт асфальтобетонной смеси, определяют режим ее укладки и уплотнения.
Открытие дорожного движения по асфальтированным слоям дорожного покрытия допускается после их остывания до температуры окружающего воздуха.
Технический контроль качества работ связанных с асфальтированием
Технический контроль качества при асфальтировании включает визуальную оценку, инструментальные измерения на асфальтируемом объекте и лабораторные испытания отобранных проб асфальтобетона.
В процессе устройства асфальтобетонного покрытия и в период его формирования не реже чем через каждые 100 метров контролируют:
- проектные высотные отметки (контроль осуществляется по оси дороги с помощью нивелира и нивелирной рейки);
- проектную ширину (с помощью измерительной металлической рулетки не ниже 3-го класса точности);
- проектную толщину слоя уплотненного и неуплотненного материала;
- проектные поперечные и продольные уклоны (с помощью уровня и линейки или 3-метровой дорожной рейки);
- ровность покрытия;
- температуру горячей и теплой асфальтобетонной смеси;
- качество продольных и поперечных сопряжений укладываемых полос.
Температуру горячей и теплой асфальтобетонной смеси, контролируют по сопроводительным документам температуры выпуска смеси к каждому транспортному средству. Измеряют температуру в каждом транспортном средстве и, если она ниже рекомендуемой для данного вида, типа и марки, смесь бракуют.
Геометрические параметры дороги (в т. ч. продольные и поперечные уклоны) можно контролировать с помощью специального оборудования передвижных полевых лабораторий диагностики дорог. Контроль параметров, не имеющих количественной оценки, осуществляют визуально.
После укладки асфальта для контроля качества готового асфальтобетонного покрытия и проверки коэффициента уплотнения берутся пробы. Отбор проб производят в виде высверленных цилиндрических кернов или вырубки прямоугольной формы размером не более 50×50 см. Пробы отбирают не ранее, чем через 3 суток после окончания уплотнения и открытия движения автомобильного транспорта по покрытию.
Отбор контрольных проб производится из расчета 3 пробы с каждых 7000 м2 покрытия. Керны сверлятся не ближе 1,5 м от края проезжей части на всю толщину покрытия (верхний и нижний слои вместе).
Возможные дефекты асфальтированного покрытия и причины их образования
Несоблюдение правил подготовки основания, технологических режимов укладки и уплотнения асфальта в процессе асфальтирования, неисправное техническое состояние дорожной техники, а также неудовлетворительное состояние самой асфальтобетонной смеси (температуры, однородности, состава и др.) могут приводить к возникновению на асфальтобетонном покрытии следующих дефектов.
Дефект
Возможная причина дефек
Трещины на поверхности заасфальтированного покрытия
- избыточное смачивание вальца асфальтового катка водой;
- высокая скорость катка при изменении направления движения;
- неоднородность состава асфальтобетонной смеси;
- нарушение температурного режима при укладке и уплотнении;
- малая толщина укладываемого слоя.
Волнообразование
- некачественная подготовка нижележащего слоя (основания);
- неправильный выбор параметров катка (скорости движения, частоты и амплитуды вибрации);
- нарушение температурных режимов уплотнения асфальта;
- остановка катка на горячем покрытии;
- высокая скорость катка при изменении направления движения;
- неравномерная подача горячей асфальтобетонной смеси из автосамосвала в приёмный бункер асфальтоукладчика;
- неправильно подобранные параметры асфальтоукладчика.
Масляные пятна на покрытии
- неправильно подобранный состав асфальтобетонной смеси;
- попадание влаги в асфальтобетонную смесь.
Неравномерное уплотнение
- неоднородность состава асфальтобетонной смеси;
- неоднородность температуры асфальтобетонной смеси;
- неправильная организация движения катков;
- некачественная подготовка нижележащего слоя (основания);
- простаивание асфальтоукладочной техники.
Низкий предел прочности
- нарушение температурного режима при укладке и уплотнении;
- неправильный выбор параметров звена дорожных машин;
- несоответствие скоростных режимов звена дорожных машин;
- нерациональный состав асфальтобетонной смеси;
- некачественная подготовка нижележащего слоя (основания).
Следы от катка
- остановка дорожного катка при уплотнении на горячем асфальте;
- нарушение температурных режимов уплотнения асфальта;
- неоднородность температуры асфальтобетонной смеси;
- неправильный выбор параметров асфальтового катка;
- некачественная подготовка нижележащего слоя (основания).
Неравномерная структура покрытия
- неоднородность состава асфальтобетонной смеси;
- неоднородность температуры асфальтобетонной смеси;
- некачественная подготовка нижележащего слоя (основания);
- простаивание асфальтоукладочной техники.
Ценообразование: особенности формирования цен на асфальтирование
Стоимость асфальтирования может варьироваться в зависимости от толщины покрытия, типа асфальтобетонной смеси, категории автомобильной дороги и планируемой транспортной нагрузки, наличия подстилающего основания и его качества, а также других факторов.
В условиях рыночной экономики , все цены на товары и услуги формируются на основе рыночной системы ценообразования, исходя из взаимодействия спроса и предложения (а не устанавливаются государственными органами, что имеет место при централизованном государственном ценообразовании). Цены на асфальтирование и другие дорожно-строительные работы также формируются по аналогичному принципу — на основе взаимодействия спроса и предложения.
Окончательная стоимость дорожно-строительных услуг и асфальтирования в частности, зависит от следующих факторов:
- стоимости дорожно-строительных материалов (асфальтобетонной смеси, битума или битумной эмульсии, а также ГСМ для заправки и обслуживания дорожной техники);
- стоимости дорожно-строительной техники (в том числе стоимости аренды или приобретения техники в лизинг);
- цен конкурентов (дорожно-строительных организаций оказывающих подобные услуги);
- соотношения спроса и предложения на рынке дорожно-строительных услуг.
Помимо вышеперечисленных факторов, в стоимость асфальтирования закладывается также оплата труда квалифицированных дорожных специалистов и рядовых рабочих, стоимость получения лицензий на выполнение соответствующих дорожных работ, стоимость содержания и обслуживания дорожной техники и другие расходы.