Асфалтови смеси

Днес асфалтът е основният строителен материал по пътищата. Увеличаването на превозните средства по пътищата и влиянието на климатичните фактори създават необходимостта от производството на асфалтови смеси с по-голяма еластичност и съпротивление на пътната настилка срещу пластични деформации. Новите технологии позволяват асфалтовите смеси да се произвеждат при значително
по-ниски температури, като разходите на енергийни ресурси за тон готова продукция и отделяните емисии се намаляват.
В статията ще разкажем за характеристиката на асфалтовата смес, за нормативните изисквания, за видовете асфалтови смеси, за съвременните технологии за производство на асфалтови смеси, за полагането и уплътняването на асфалтовите смеси.

Непрекъснатото нарастване на интензивността и изискванията на автомобилното движение налагат да се модернизират значително мощностите за производство на асфалтови смеси. Внесени са мощни асфалто смесители с висока степен на механизация и автоматизация. Внедрени са микропроцесорно управлeние за обслужване и визуализиране на целия производствен процес, както и система за управление на качеството. Факторите, от които зависи качеството на произведените асфалтови смеси, са оптимално избраните съвременни технологии и машини, елементите на технологичния процес, складовото стопанство, манипулирането на материалите.

Характеристика на асфалтовата смес
Асфалтът е химически почти инертен и има термопластично поведение. Якостта на асфалта се определя от температурните условия. При ниски зимни температури е еластичен, но при високи летни температури е високо еластичен. Това температурно поведение има пряко влияние върху модула на еластичност и преплъзването на асфалта. Модулът на Юнг описва напрежението в асфалта в резултат на деформация, причинена от товара. Тя варира между 1000N/mm² през лятото и 9000N/mm² през зимата. Модулът на преплъзване отразява напреженията, произтичащи от преплъзващите деформации в асфалта. Асфалтът е водонепроницаем, ако съдържанието на празнини е по-малко или равно на 2-3об.%. Качеството на произведените и положени асфалтови смеси се определя от изискванията към тях, посочени в нормативните документи.

Видове асфалтови смеси
Смесите, в зависимост от вискозитета на използвания битум и температурата по време на полагане, се разделят на топли и студени. Топлите смеси се приготвят с използване на вискозен и течен нефтен битум за пътни превози с температура най-малко 115°C , а студените с температура най-малко 5°С. Ниските енергийни разходи и намалените емисии са само една част от положителните качества на топлия нискотемпературен асфалт в сравнение с добре познатия горещ асфалт.

Традиционните горещи асфалтови смеси се произвеждат при температура около 170° C. Технологиите за топли асфалтови смеси позволяват температурата на производство да е около 100° C. Постепенно топлите смеси се утвърждават в световен мащаб. Намаляването на температурата за производство на асфалт открива нови възможности за неговото използване. Все по-нарастващ е броят на различните решения за производство на топли асфалтови смеси, които се предлагат на пазара.

Производството на топли асфалтови смеси се съчетава отлично и с добавянето на фрезован асфалт. Благодарение на по-ниските температури на смесване остатъчният битум в рециклирания материал се оксидира по-слабо. Същевременно добавеният пресен битум остарява по-малко и е предпоставка за подобрено поведение на настилките при метеорологични условия с много ниски температури. Съвременно решение са топлите асфалтови смеси с пенобитум, т.нар. пеноасфалт. При тази технология фракциите се загряват до 115°C, като битумът се разпенва с вода в пеногенератор. Получава се много добро смесване на битума с добавките. При производството се намалява отделянето на въглероден диоксид. Полагането на асфалта се извършва при по-ниски температури - до 90°C. Пеноасфалтът отговаря на изискванията за качество на горещия асфалт. Лабораторните изследвания и методи за анализ на качеството са същите както при горещия асфалт.

Студената асфалтова смес представлява готов за употреба продукт пакетиран в полиетиленови чували или в насипно състояние. При използването й не е необходимо допълнително нагряване. Продуктът се нанася студен. Той съдържа битумна емулсия и минерални агрегати в определени съотношения. Може да се полага върху мокри и влажни участъци при температури от -5°С до +40°С. В България такива продукти се произвеждат от 2003 г. Използват се главно в пътища със слаб и среден трафик. Нанасянето на допълнителни импрегниращи състави върху повърхността им увеличават дълготрайността на покритието. Предпазват го от проникване на вода и въздух и от образуване на пукнатини и неравности. Предават му висока еластичност. Така студените асфалтови смеси могат да се полагат и по пътища с по-голям автомобилен поток. Изискват по-малко време за ремонт. След приключването му пътният трафик може веднага да бъде пуснат. Добро приложение те намират също при кърпене на дупки, възстановяване на настилки след ремонт на тръбопроводи, полагане на велоалеи, полагане около шахти и метални конструкции. Студените асфалтови смеси с „разреден битум“ се използват за текущ ремонт на асфалтовите настилки. За по-добра адхезия към разредения битум се добавят активатори в определено процентно количество. След уплътняването на студената смес се постига плътност от 2.200kg/m3. В сравнение с масовия горещо полаган асфалт студената смес е незначително по-скъпа.

Рециклираният асфалт е така нареченият фрезован асфалт или раздробен асфалт. Фрезованият асфалт се получава чрез фрезоване на регенериран асфалт под формата на малки късове. Алсфалтов гранулат е регенериран асфалт, получен чрез фрезоване или чрез снемане на блокове с последващо раздробяване на парчета. След раздробяването на асфалтовия гранулат се провеждат изпитвания и се получават представителни резултати за качествата на материала. Също така е задължително изследването за съдържание на компоненти, съдържащи смоли и катрани в материала.

В практиката на Западноевропейските страни използването на материалите от стари асфалтови настилки като строителни материали за нови настилки намира широко приложение в пътното строителство. Положителният ефект от използването на тази технология се изразява в благоприятното влияние върху околната среда. При използването на фрезован материал за основи и биндер на новоизграждащи се пътни настилки към минералните материали може да се добавя фрезован материал от стари асфалтови настилки. Добавеното количество обаче не трябва да надвишава 20%. При производството на асфалтови смеси за износващи пластове за слабо натоварени пътища към минералните материали може да се добавя фрезован материал от стари асфалтови настилки, но добавеното количество не трябва да надвишава 10%.

Технологията, която дава възможност да се използват 100% от материалите на старите пътни настилки, е технологията на „студено рециклиране на място“. Тя включва възстановяване на носимоспособността на старата настилка, подобряване на енергийната и екологичната ефективност чрез намаляване на строителните операции с голяма енергоемкост и възможност за рециклиране на съществуващи материали. Процесът се извършва със специално оборудвани рециклиращи машини. Той е значително по-евтин и икономичен. Всички изкопни работи, като товарене на самосвали, превоз, депониране, производство на фракции инертни материали, доставяне на обекта, полагане, валиране, профилиране и т.н., се заместват от един технологичен процес, извършван на място на обекта. Нови материали се използват в рамките на 2 - 10% от количеството, което би се ползвало при традиционните методи в пътното строителство. Съвременната рециклиращата машина е оборудвана със специален фрезов барабан, който служи за фрезоване, хомогенизиране и разстилане на съществуващата основа. Производителността му е много висока-между 320 и 500 тона асфалтова смес на час, поради което сроковете за изпълнение се скъсяват значително, в някои случаи многократно.

Технологията „студено рециклиране на място“ при рехабилитация може да се прилага при всички пътища, включително и автомагистралите. Всеки материал, отговарящ на изискванията на техническата спецификация, може да се използва като строителен материал за съответния пласт.

Съвременни технологии за производство на асфалтови смеси
За производството на асфалт от каменни фракции и битум е необходимо смесване при определена температура. Основно се различават два различни метода на производство на топъл асфалт, с непрекъснат производствен цикъл и с прекъснат производствен цикъл.

При непрекъснатия производствен цикъл процесът на смесване се извършва при непрекъснат режим на работа, без спиране. Отделните необходими за асфалтовата смес компоненти се подават непрекъснато. Смесителната уредба може да смесва без прекъсване и така постоянно да произвежда материал. Този метод е особено подходящ при големи строителни обекти. Необходими са постоянен състав и рецепта на асфалтовата смес.

При прекъснатия производствен цикъл, предварително претеглените според определена рецепта необходими за асфалтовата смес компоненти, се сместват в мешалка на смесителни цикли. Този метод е по-гъвкав, тъй като дава възможност за промяна на рецептата на асфалтовата смес при отделните смесителни цикли. Така асфалтосмесителите имат гъвката употреба. Бърза смяна на рецептата и удовлетворяване на най-различни клиентски потребности е възможно само при прекъснатия цикъл на производство. С подаването на по-точни количества и съобразените смесителни цикли се постига по-добро качество. В Западна Европа се използва преди всичко методът с прекъснат цикъл на производство на асфалт.

Асфалтосмесителната инсталация представлява асфалтосмесител за производство на различни видове асфалтови смеси според предварително зададените рецепти на фирмите изпълнители на асфалтови настилки. Самият технологичен процес най-просто казано се състои в смесването на строго определени по размер и количество загрети фракции-камъни и пясък, с нагорещен битум, до получаването на асфалтова смес, като същността му накратко е следната. Различни по вид-размер, фракции-камъни и пясък, се подават в приемните бункери на асфалтосмесителя. Бункерите са няколко на брой, в зависимост от съответната “рецепта”, респективно вида и размера на необходимите фракции. Чрез транспортна лента фракциите се отвеждат до сушилния барабан, където се изсушават и загряват до нужната температура. От изсушените фракции се отделя прах, който отива във филтър и от там в силоз, който го събира и при необходимост се използва отново в производството на асфалтовите смеси. Ако прахта от фракциите не е достатъчна за технологичните нужди на сместа, от друг силоз се добавя каменно брашно.

От сушилния барабан, чрез елеватор, затоплените инертни материали се качват до върха на “кула”, където минават през сита, които ги вкарват, според размера им, в топли дозатори. Следва миксер-асфалтосмесител, който бърка фракциите, смесвайки ги с горещия битум. Според “рецептите”, нужни на фирмите клиенти, могат да се добавят към миксера дозатори за добавки или системи за рециклиран материал. Под асфалтосмесителя се намира силозът за готовата смес асфалт. Контролната кабина е разположена в непосредствена близост до кулата и силоза за топлата асфалтовата смес, за да има идеална видимост при товаренето на камионите. Битумното стопанство представлява цистерни за битум, които се подгряват в новите конструкции с електричество. Автоцистерни доставят нужния битум на асфалтовата база. Отделните технологични възли на инсталацията са студено дозиране, изсушаване и загряване на материалите, пресяване, вътрешно дозиране, смесване, подготовка на битума, обезпрашаване. Коефициентът на полезно действие (к.п.д.), в зависимост от спецификата и различията в производствения процес на различните технологични модули в една асфалтосмесителна инсталация, варира по статистически данни е в интервала 0,65-0,80. Най-доброто технологично решение е тя да работи с оптималната средна проектна производителност, за която енергията, необходима за производството на 1 тон краен продукт, е най-ниска.

Технологията за производство на студена асфалтова смес е изключително лека и за кратко време. Производството става в асфалтосмесителите по следната технологична схема. Фракциите се изсипват в асфалтосмесителя. Температурата на фракциите трябва да бъде 80°С-100°С максимум. Впръскава се битум с активатор в определено процентно съотношение от теглото на фракциите в асфалтосмесителя. Смесването протича бързо за около 15 секунди. Впръсква се чрез автоматичен дозатор на втори активатор в определено процентно отношение от теглото на битума. Смесването отново протича бързо за около 15 секунди. Следва изсипване, опаковане в чували от 25kg и складиране на студената смес.

Полагане на пластове от асфалтовите смеси
Разликите в отделните технологии за производство на топли асфалтови смеси имат значение основно при тяхното полагане. Полагането и уплътняването на топлата смес се извършва преди сместа да е изстинала. За постигане на настилка с добри качества е необходимо да се спазват изискванията за температура и влажност на околния въздух.

Доказано е, че при намаляване на температурата на готовата асфалтова смес с 10°C битумните емисии при полагане се понижават с 50%. При намаляване на температурата на готовата смес с около 50°C, емисиите при полагане се намаляват почти с 95%. Студените асфалтови смеси могат да се полагат при по-ниски температури и по-висока влажност на въздуха, отколкото топлите.

Полагането на пластове от асфалтови смеси се разделя на следните етапи. В подготвителната работа, асфалтът трябва да се полага върху здрава основа. Тя се проверява за съответствие с условията на технологичния проект, почиства се от замърсявания, изравнява се. Основата се разделя на участъци с определена дължина. Контактните повърхности се подготвят чрез напръскване с течен битум, за да може новоположения асфалтов пласт по-добре да се свърже с основата. Разливът за връзка между стария и новия пласт трябва да бъде много тънък и еднороден в надлъжно и напречно на оста на пътя отношение. Това се постига с добър автогудронатор и при използване на разредена битумна емулсия или течен битум.

Машинното полагане асфалтовите смеси се извършва с асфалтов разстилач. Преди започване на работа изравняващата дъска на асфалторазстилача се загрява чрез включване на нагревателното й устройство, което се изключва след началото на разстилането. Също преди началото на работния процес асфалторазстилачът се регулира така, че да се осигурява автоматичен контрол на необходимата дебелина на полагания пласт. След потегляне на асфалторазстилача се измерва дебелината на положения пласт и се прави сравнение със зададената стойност. Не се полагат пластове с дебелина по-голяма от 7 cm. Напречният наклон на пласта също се измерва.

Основните показатели, които следва да се контролират по време на изпълнение на асфалтовите пластове, са качество на асфалтовите смеси, широчина на полаганата настилка, напречен наклон и постигнато ниво в пикетните точки, дебелина на пласта, надлъжна равност на пластовете, степен на уплътняване на асфалтовите пластове-отношение между плътността на настилката и съответната лабораторна плътност.

Уплътняване на асфалтовите настилки
Уплътняването е един от най-важните фактори за качеството и трайността на асфалтовата настилка. То се извършва с помощта на валяци, вибрационни плочи, дървени греди или други подръчни материали. В западноевропейските страни все по-голямо приложение при уплътняване на асфалтовите настилки намират вибрационните валяци. Чрез вибрация вътрешното триене на сместа значително се отстранява, с което се постига по-добър уплътнителен ефект.