Как влияе модификацията на битума върху характеристиките и експлоатационните разходи на пътя?

Маркус Шпигел, Мениджър отдел Черни продукти, OMV Refining & Marketing GmbH

Фигура 1: Пример за структура на пътното покритие за австрийска магистрала, клас на натоварване 10 (10 милиона цикъла на натоварване – тежки товари)

Дизайн на пътното покритие и влияещият ключов параметър
Правилният дизайн на пътното покритие става все по-важен, заради новите строителни материали, които се предлагат и промените в пътните и климатичните условия. В Австрия бе разработен нов модел дизайн на пътно покритие от Института по транспорт – Изследователска област „Пътно строителство” – при Технологичния университет във Виена.

Този нов модел е актуализация на предишния и има специфичен поглед върху ключови влияещи параметри като:
- трафика на тежки превозни средства (брой, тип, тегло и т.н.);
- климата (специфични температури през деня и през нощта и през цялата година);
- експлоатационните качества, свързани с параметрите на материала (динамична здравина в зависимост от типа на слоя, материала, който се използва сега вместо асфалта от 60-те години, температурата и поведението на умора на асфалтовата смес) и
- структурата на пътното покритие (носеща способност, дебелина и тип на несвързаните и свързаните слоеве) като цяло.

Специалистите от Института актуализираха здравината за материала на асфалтовата смес, вземайки предвид реалната якост на типа битум при съответната температура и честота на натоварване, което беше много важно, тъй като с тази стъпка характеристиките на различните типове битуми и PmB (полимер-модифицирани битуми) могат да бъдат диференцирани по-добре, отколкото при предишния модел.

За изчисляване на допустимите цикли на натоварване, докато пътното покритие издържи, е използван цифров модел, който взема предвид характеристиката на умора на асфалтовата смес. За да бъдат получени тези данни, бяха необходими много лабораторни тестове за различни типове битуми и PmB, както и за различни асфалтови смеси.

Пример – изчисляване на допустимите цикли на натоварване за австрийска магистрала
Институтът по пътно строителство на Технологичния университет във Виена и OMV Refining and Marketing инициираха изследователски проект. Целта на този проект беше да се използва актуализирания модел за дизайн на пътно покритие, за да се покажат различията като се използват различни типове битумни свързващи вещества, а също така да се направи анализ на експлоатационните разходи за целия жизнен цикъл. Беше избрана типична структура на пътното покритие за магистрали (вижте Фигура 1). Това е типична структура, която трябва да издържи 10 милиона цикъла на натоварване (тежкотоварни превозни средства) преди да се разруши. За целите на изследователския проект, структурата и дебелината на слоя се запазиха еднакви, докато типът битумно свързващо вещество беше променен от пътни битуми клас 70/100 (типичен тип битуми, използвани в Австрия) за всичките три слоя асфалтова смес в полимер-модифицирани битуми (OMV Starfalt® PmB) за всичките три слоя.


Резултати – допустими цикли на натоварване докато пътят се разруши
Фигура 2 показва резултатите от изследователския проект. Вариант І показва максималния брой цикли на натоварване, които конструкцията може да издържи, ако се използват само пътни битуми. Вариантите ІV a-c показват, че допустимият брой цикли на натоварване е със 150% по-голям, ако за асфалтовата смес се използват само полимер-модифицирани битуми (PmB). Във вариантите IV се променя само типа на полимер-модифицирания битум (PmB). За свързващия слой, във вариант IVa се използва само OMV Starfalt® PmB 45/80-65, във вариант IVb се използва само тип твърд PmB (OMV Starfalt® PmB 25/55-65), а за вариант IVc се използва 20% регенериран асфалт (RAP) със специално разработен полимер-модифициран битум OMV Starfalt® PmB 45/80 RC.

Вижда се, че пътищата, разработени и построени с висококачествени полимер-модифицирани битуми, издържат значително по-дълго и могат да устоят на повече от два пъти по-голям брой цикли на натоварване от пътищата, построени с битуми от клас пътни битуми. Не само резултатът от този изследователски проект е такъв; този резултат е добре доказан и в действителност, тъй като Австрия има вече над 40 години опит с асфалтови пътища, използвайки PmB.



Фигура 2: Максимален брой цикли на натоварване докато пътят (клас 10) се разруши – сравнение между асфалтов път с пътни битуми (клас 70/100) и полимер-модифицирани битуми OMV Starfalt® PmB (различни типове)

Резултати – анализ на разходите в течение на целия жизнен цикъл
Освен изследването на дизайна на пътното покритие, бе направен и анализ на разходите в течение на целия жизнен цикъл. Той отчита първоначално направените разходи за строителството, а също така и производствените разходи, като разходите за поддръжка и възстановяване, както и остатъчната стойност в края на жизнения цикъл. Освен това са пресметнати чистата текуща/дисконтирана стойност и рентата.

Фигура 3 показва резултатите от този анализ за описаните вече по-горе варианти. Предвид беше взета времева рамка от 50 години – в Австрия обикновено дизайнът се прави за 30 години, но целта беше в Анализа на разходите в течение на целия жизнен цикъл (LCCA) да се разполага с минимум един процес на цялостно обновяване – и средни цени от 2015 година. Относно разходите за поддръжка и стъпките, под внимание бяха взети данните от Австрийската система за контрол на пътното покритие.

Фигурата показва, че вариантите ІV а, b и с имат с около 5% по-големи първоначални разходи за строителство, докато разходите в течение на целия жизнен цикъл са значително по-малки (с 8,3%) в сравнение с вариант І, конструиран с пътни битуми от клас 70/100. Тези изчисления се потвърждават и от опита, натрупан през последните 40 години.

В Австрия строителството на магистрали се извършва главно с асфалтови смеси, като от няколко години и в трите слоя се използват полимер-модифицирани битуми, за да се печели от по-ниските разходи за поддръжка в периода на експлоатацията на пътя.



Фигура 3: Анализ на разходите в течение на целия жизнен цикъл (LCCA) – първоначални разходи за строителство спрямо разходите в течение на целия жизнен цикъл (пример за Австрийска магистрала, клас на натоварване 10)

Заключение
Доказано е, че в бъдеще трябва да се използва правилен процес на разработка, който взема под внимание истинските свойства на асфалтовите смеси (по-високо качество – по-дълъг експлоатационен живот – по-ниски експлоатационни разходи) и че е необходим подходящ анализ на разходите в течение на целия жизнен цикъл (LCCA), за да се изразходват парите по най-ефективен начин.

Типът битуми (клас пътен битум или полимер-модифициран битум) и качеството имат голямо значение за експлоатационния живот на пътното покритие. Значително увеличение на експлоатационния живот може да се постигне, ако се използват висококачествени полимер-модифицирани битуми за цялостната структура на пътното покритие.

ОМВ БЪЛГАРИЯ