Статья «Способ повышения стойкости дорожного асфальтобетона к абразивному износу от шипованной резины»

Авторы: к.т.н. А. Ю. Дедюхин, к.т.н. В. Е. Кошкаров, д.э.н. Е.В. Кошкаров

В последнее время в Российской Федерации активно идет обсуждение возможного запрета применения шипованной резины на автомобильных дорогах общего пользования [1-3]. Причина запрета – деформации (неровности и колея), вызываемые фрезерованием поверхностного слоя асфальтобетонного покрытия при многократном приложении истирающей нагрузки от шипованных автомобильных шин к дорожному покрытию в период его эксплуатации (рис. 1).

Рис. 1 – Негативное воздействие шипованной резины на дорожное покрытие

На круглом столе, проведенном в Государственной Думе в феврале 2020 года по инициативе ГК «Автодор» и Комитета Госдумы по транспорту и строительству, озвучено предложение законодательно отменить шипованную резину в РФ (по опыту стран Евросоюза), а на первых порах – ужесточить штрафы за ее использование в неустановленное время, вернуть на автомобиль знак «Ш», отмененный в правилах ГИБДД. Доказательной базой явились данные ГК «Автодор», полученные на участках автомагистрали М4 «Дон» и других федеральных дорогах, где отмечена характерная колея фрезерования по полосам наката, появляющаяся в левой полосе, где ездят легковые автомобили. Отмечается [2], что ежегодные финансовые затраты на восстановление дорожного покрытия составляют от 60 до 220 млрд. рублей, а по данным Российского университета транспорта, на ремонт и исправление колейности уходит до 53 млрд. рублей. Шипованными шинами пользуются около 25 млн. автомобилистов.

За рубежом, например, в Германии, применение шипованной автомобильной резины запрещено законодательно с целью сохранности дорожного покрытия [3]. Но эти ограничения не охватывают северные территории Евросоюза – Скандинавские страны (Швецию, Финляндию, Норвегию), по климатическим условиям сходные с нашей средней полосой, Уралом и Сибирью, где отмена шипованных шин оказалась бы губительной по условиям безопасности дорожного движения в зимний период.
Есть ли иные меры, кроме запретительных, для борьбы с износом дорожного покрытия от шипованных автомобильных шин?

Как показали исследования «УралДорНИИ» и опыт проектирования асфальтобетона по методологии Маршалла, технические решения по увеличению стойкости асфальтобетонного покрытия к истиранию и противодействию колейности от шипованной резины возможны и практически осуществимы с применением современных методов оценки качества асфальтобетона (прежде всего – определения истираемости по Праллу) и использованием в составе асфальтобетонных смесей новых модификаторов, повышающих стойкость от физического истирания асфальтобетона в условиях эксплуатации дорожного покрытия.

Для примера в настоящей статье приведены данные сравнительной оценки качества четырех образцов щебеночно-мастичного асфальтобетона типа ЩМА 16, запроектированного в ИЦ «УралДорНИИ» согласно требованиям ПНСТ 183-2019.

Исходными каменными материалами служили осадочные каменные породы (доломиты) как более показательные в условиях эксперимента. В качестве минерального порошка использован карбонатный МП-2. В первых трех образцах стабилизирующей добавкой, предотвращающей стекание вяжущего из смеси, являлась стандартная целлюлозная стабилизирующая добавка Viatop 66. В четвертом образце применен комплексный модификатор асфальтобетона «РУББЕРМАСТИК», являющейся одновременно модификатором и стабилизатором вяжущего.
В качестве органических вяжущих в процессе подбора состава асфальтобетонных смесей и оценки качества ЩМА использованы полимерно-битумное вяжущее (ПБВ 60) на основе стирол-бутадиен-стирола (СБС в количестве 3% и 5%) по ГОСТ 52056-2003 и битум нефтяной дорожный марки БНД 70/100 по ГОСТ Р 33133 производства ООО «Битум», г. Салават.

Все образцы отвечали требованиям ПНСТ 183-2019 к ЩМА 16, средняя глубина колеи за 20000 проходов колеса составляла менее 3,5 мм. Таким образом, представленные щебеночно-мастичные асфальтобетоны и, соответственно, их составы могли быть применены в проектах строительства, реконструкции и капитального ремонта автомобильных дорог как федерального, так и регионального значения, согласно действующей нормативно-технической базе. Их пластическая деформация (средняя глубина колеи при испытании по ПНСТ 181), а следовательно, и пластическая колейность в условиях эксплуатации, остается в пределах допустимой нормы – до 3,5 мм (табл. 1).

Таблица 1 – Результаты испытаний образцов щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА 16 на пластическую колейность и истираемость

Однако, проведенные дополнительные испытания на истираемость показали совершенно иную картину. Первые три образца, полученные с применением только БНД, стабилизатора и ПБВ с различным содержанием СБС (3% и 5% масс.), имели значительный износ при испытании на истираемость по Праллу. Четвертый же образец, приготовленный с применением стандартного битума БНД 70/100 и специального износостойкого модификатора «РУББЕРМАСТИК», разработанного ООО «Векторуббер», показал значительно лучшие результаты (на 30-40% отн.).
Визуально образцы ЩМА 16 после истирания в установке Пралла представлены на фото, рис. 2.

Рис. 2 – Внешний вид образцов ЩМА 16 после испытания по Праллу

Метод испытания асфальтобетона на истираемость по Праллу является не обязательным, а дополнительным показателем в оценке качества ЩМА по ПНСТ 183-2019 и не всегда используется. Сущность метода состоит в истирании поверхности образца асфальтобетона стальными шарами в стандартных условиях (рис. 3, 4) и определении потери массы, косвенно характеризующей истирание от шипованной резины и иных внешних механических воздействий при эксплуатации дорожного покрытия.

Рис. 3 – Схема испытательной установки по методу Пралла (ПНСТ 180)

Рис. 4 – Установка по истираемости асфальтобетона в ИЦ «УралДорНИИ»

Более высокое сопротивление истиранию щебеночно-мастичного асфальтобетона, приготовленного с применением испытанного модификатора на основе резиновых каучуков, можно объяснить повышенной структурно-механической прочностью пленок вяжущего с модификатором, содержащим как каучуковые, так и минеральные структурирующие дисперсные компоненты, а также адгезионные добавки, в комплексе усиливающие дисперсное армирование и структурирование пленок вяжущего между частицами минерального наполнителя (щебня, песка и минерального порошка).

Посредством применения подобных модификаторов асфальтобетона на основе резиновой крошки могут решаться задачи подбора состава ЩМА с использованием местных каменных и битумных материалов, не способных самостоятельно обеспечить все требования ПНСТ 183 [4], особенно в части пластической колеи [5] и сопротивления истиранию [6] от шипованных автомобильных шин.

Выводы

1. В свете реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги», для предотвращения образования колеи износа от шипованных автомобильных шин представляется необходимым проведение испытаний асфальтобетонов верхнего слоя покрытий на истираемость по Праллу, а не только обязательного испытания на среднюю глубину колеи от пластической деформации.

2. Констатируем факт существования технической возможности улучшения качества асфальтобетонных покрытий (обычных по ПНСТ 184 и щебеночно-мастичных по ПНСТ 183) по стойкости к истиранию с применением ПБВ и без него путем применения специальных модификаторов с заданными свойствами, повышающих показатели истираемости асфальтобетона и снижающие глубину колеи износа от шипованных шин.

3. В качестве примера рекомендуем модификатор асфальтобетона «РУББЕРМАСТИК» для борьбы с износом от шипованной резины в зимний период в дорожно-климатических условиях Урала и Сибири, разработанный компанией «Векторуббер» и испытанный с положительными результатами в «УралДорНИИ».

Список использованной литературы

1. Модификаторы асфальтобетона на основе резиновой крошки// Развитие теории и практики инновационной деятельности на транспорте и в дорожном хозяйстве: монография/ Самуйлов В. М., Кошкаров В. Е., Кошкаров Е. В., Левченко М. А. – Екатеринбург: изд-во УрГУПС, 2017.
2. Затянули резину// Российская Газета. RG/RU. – электр. ресурс. – URL: https: //rg.ru/2020/02/05/dorozhniki-predlagaiut-vernut-na-avtomobili-znak-shipy. Дата обращения 10.02.2020.
3. Влияние шипованной резины на состояние дорожного покрытия / Задорин О. Р., Соколов В. Д., Беляева Е. С.// Молодежный научный вестник Санкт-Петербургского Политехнического университета имени Петра Великого. – электр. науч. журнал: декабрь 2017. URL: https://docplayer.ru/72159470-Udk-656-1-5-vliyanie-shipovannoy-reziny-na-sostoyanie-dorozhnogo-pokrytiya.
Дата обращения 08.02.2020.
4. ПНСТ 183-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия», 2019.
5. ПНСТ 181-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения стойкости к колееобразованию прокатыванием нагруженного колеса», 2019.
6. ПНСТ 180-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения истираемости», 2019.

Сведения об авторах

Дедюхин Александр Юрьевич – к.т.н., директор «УралДорНИИ»;
Кошкаров Владимир Евгеньевич – к.т.н., технолог ООО «Векторуббер»;
Кошкаров Евгений Васильевич – д.э.н., к.т.н., академик Международной академии авторов научных открытий и изобретений, ведущий научный сотрудник «УралДорНИИ».