Как модификаторы улучшают качество дорожного полотна

10.04.2024 Просмотров: 30

Растущие осевые нагрузки, скорость и трафик оказывают негативное влияние на полотно автомобильных дорог, что наряду с климатическими факторами ведет к интенсивному накоплению пластичных деформаций в жаркий период и образованию трещин в холодный. Как отмечают специалисты отрасли, реакция асфальтобетона на воздействия различного рода непосредственно связана с поведением вяжущего. Регулируя свойства вяжущего путем добавки различных модификаторов, можно менять физико-механические характеристики и структуру асфальтобетона в нужном направлении, тем самым улучшая эксплуатационные свойства материала. О том, как сегодня развивается рынок модификаторов в стране, в чем нюансы их использования, эксперты дорожной отрасли обсудили на конференции «Асфальтобетон 2024», которая прошла в феврале в Санкт-Петербурге. Подробнее – в материале «ДорИнфо».

Рынок модификаторов сегодня: что сдерживает развитие?

Заместитель генерального директора ООО «Новые технологии строительства» Олег Потапов в ходе своего выступления рассказал, какие компания видит предпосылки и сдерживающие факторы развития модификаторов, вводимого в асфальтобетонную смесь сухим способом. По его словам, на сегодняшний день данный рынок полностью сформировался.

«Наша компания располагает обширной базой мониторинговых исследований автомобильных дорог с применением не только собственных модификаторов на основе активного резинового порошка, но и референтных участков без модификации или с модификаторами других производителей. Мониторинговые исследования охватывают период с 2012 по настоящее время – это внушительный период для получения качественных статистических данных. Результаты имеют хорошую сходимость и говорят о том, что срок службы автодорог с применением модификаторов значительно выше, чем дорог, построенных на не модифицированном вяжущем» - сказал спикер.

Он отметил, что многие подрядные организации увидели преимущество применения модификаторов: с каждым годом на рынке появляются новые производители, и в целом рынок модификаторов растет. Основным драйвером роста модифицирующих вяжущих и модификаторов асфальтобетона является ввод в 2019-2020 годах новых стандартов на дороги, предъявляющих повышенные требования к асфальтобетонам и методам их испытания.

«При этом, по нашим оценкам, динамика роста модификаторов уступает рынку модифицированных вяжущих, так как существуют сдерживающие факторы, с которыми в том числе сталкивается и наша компания» - сказал Олег Потапов.

Спикер напомнил, что в июне 2021 года вышел отчет Счетной палаты о результатах экспертно-аналитического мероприятия «Анализ применения новых, экономически целесообразных, долговечных материалов и технологий при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог общего пользования в 2018-2020 годах». В отчете отражено, что созданию, совершенствованию и применению новых технологий и материалов в дорожном хозяйстве препятствует девять системных проблем.

«Отчасти мы были согласны с выводами в отчете и рады видеть, что на проблемы, с которыми сталкивается в том числе наша компания, обратили внимание коллеги из Счетной палаты. Позитивным моментом было то, что в отчете были даны рекомендации по устранению таких системных проблем. За прошедшее время что-то было решено, а что-то остается актуальным и на сегодняшний день» - сказал заместитель гендиректора ООО «НТС».

Он назвал сдерживающие факторы развития рынка модификаторов асфальтобетона. Первое – это невозможность применения по методологии Superpave модификаторов асфальтобетона, вводимых в асфальтобетонную смесь сухим способом. По словам выступающего, существующие стандарты не предусматривают применение модификаторов асфальтобетона, вводимых в АБС сухим способом, а требования по растворимости 99 % и размер дискретных частиц 250 мкм делают невозможным применение других модификаторов или полимеров, отличных от СБС. В этой связи спикер предложил внести в ГОСТ Р 58401.1 и ГОСТ Р 58401.2 пункт, допускающий применение добавок и модификаторов асфальтобетона и битумных вяжущих, в том числе по ГОСТ Р 55419, по аналогии как это сделано в ГОСТах по методологии Маршалла. Либо второй вариант: предусмотреть в ГОСТ Р 58401.1 и ГОСТ Р 58401.2 возможность расширения диапазона PG за счет применения модификаторов, вводимых в асфальтобетонную смесь сухим способом. При этом необходимое количество модификатора и его влияние на диапазон PG каждый производитель модификатора должен определять самостоятельно и указывать в нормативно-технической документации изготовителя.

Второй сдерживающий фактор – требование каждого заказчика заново подтверждать эффективность и заявленные свойства продукции. «С одной стороны, процедура согласования стандартов ФДА и включение в реестр новых и наилучших технологий ФАУ «РОСДОРНИИ» позволяет отсечь некачественную продукцию или просто мошенников, что является позитивным моментом. С другой стороны, это не дает какого-либо преимущества для тех продуктов, которые уже получили согласование СТО и включены в реестр. Как правило, для каждого нового заказчика нам приходится доказывать заявленные показатели и эффективность продукции заново», - сказал спикер.

Третий тормозящий фактор – сложность включения в проектно-сметную документацию по новым ГОСТам (отметим, что эта проблема была упомянута и в отчете Счетной палаты). По словам спикера, проектные институты не закладывают в проектную документацию отдельные модификаторы асфальтобетона, а указывается готовая асфальтобетонная смесь. При этом в старых ГОСТах были указаны смеси с модификаторами. На сегодняшний день в классификаторе строительных ресурсов отсутствуют смеси с модификаторами асфальтобетона по новым ГОСТам.

Еще один фактор – отсутствие мер государственной поддержки. «Модификаторы асфальтобетона на основе активного резинового порошка одновременно решают две достаточно важные государственные задачи: с одной стороны, повышают качество и долговечность автомобильных дорог, с другой – стимулируют сбор и переработку утильных шин. Конечно, хотелось бы для развития и популяризации данного проекта получить ощутимые меры господдержки. Мы с надеждой и оптимизмом восприняли подписание в декабре 2021 года меморандума о сотрудничестве Росавтодора и ППК РЭО (Российский экологический оператор). Наша компания принимала активное участие в предоставлении необходимых данных, дискуссиях и обсуждениях в рамках исполнения дорожной карты меморандума. Несмотря на все предпринятые усилия, данная инициатива пока не дала ровным счетом ничего для развития рынка модификаторов, но идея была хорошая», - сказал Олег Потапов.

Пятый фактор – проектные продажи модификаторов. Выступающий отметил, что все перечисленные проблемы затрудняют развитие рынка модификаторов. Для продвижения продукции приходится убеждать всех участников любого нового дорожного проекта: заказчиков, проектные институты, подрядчиков и субподрядчиков не только в эффективности модификаторов, но и в легальности применения. В ряде случаев приходится убеждать и представителей ФАУ «Главгосэкспертиза» в целесообразности включения модификаторов в проекты.

«Такой подход делает цикл внедрения модификаторов для каждого нового заказчика протяженностью около двух лет и требует значительных финансовых затрат. Это сильно тормозит развитие рынка модификаторов и делает высоким порог входа в бизнес» - сказал представитель ООО «НТС».

Он попросил включить в резолюцию несколько пунктов. Представитель компании предложил Техническому комитету по стандартизации №418 «Дорожное хозяйство» вернуться к рассмотрению возможности применения по методологии Superpave модификаторов, вводимых в асфальтобетонную смесь сухим способом. Министерству строительства России и ФАУ «Главгосэкспертиза» - проработать механизм включения модификаторов асфальтобетона в проектно-сметную документацию по новым ГОСТам в рамках ресурсного метода составления смет. А Росавтодор и ППК РЭО попросил актуализировать и продолжить работу в рамках меморандума о взаимодействии в части модификаторов асфальтобетона.

Преимущества использования модификаторов «сухого» ввода

Добавки в дорожном строительстве можно разделить на два вида по способу их ввода в асфальтобетон: «сухого» и «мокрого» типа. Руководитель отдела продаж ООО «Пласткор» Анна Симановская назвала преимущества технологии «сухого» модифицирования смесей. По ее словам, за счет прямого ввода модификаторов в АСУ исключаются сложности работы с ПБВ или PG. Кроме того, при «сухом» вводе сокращаются временные издержки на лабораторный контроль поступающего модифицированного вяжущего, исключается емкостной парк для хранения, снижается углеродный индекс и экологическая нагрузка на окружающую среду, оказывается меньший вред для трудового персонала. Кроме того, «сухой» метод прост в переработке и может применяться на любом АБЗ. Еще одно преимущество – экономическая эффективность за счет снижения внутренних расходов предприятия (энергетических, трудовых, складских).

Также спикер отметила, что выделяют два типа действия в вяжущем или смеси при взаимодействии компонентов: межмолекулярное взаимодействие и химическое взаимодействие (когда есть связующие агенты).

«Суть метода модифицирования асфальтобетонной смеси (не отдельных компонентов, например, битума) заключается в создании полярной взаимосвязи молекул. Иными словами, это полимерный сплав. В химии это – связать не связываемое. Грубо говоря, это тогда, когда щебень, битум и добавка больше не растворятся, не отделятся друг от друга, а станут очень эффективной асфальтобетонной смесью с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Добавки химического действия позволяют придать асфальтобетонной смеси однородность, повышается ее удобоукладываемость, улучшаются свойства битума, а также повышается износостойкость» - сообщила Анна Симановская.

Процесс «химического армирования» асфальтобетонной смеси выглядит следующим образом: сначала минеральные материалы (нагретые) и полимерные модификаторы дозируют в АСУ и перемешивают для диспергирования сухих компонентов около 5-10 секунд. Далее – сливается битум, и именно в этот момент происходит кристаллизация: минеральные материалы и полимерные модификаторы создают точки кристаллизации в битуме. Следующим этапом компоненты модификатора взаимодействуют со структурообразующей фазой сополимера битума, образуя «зародыши» пространственной сетки в вяжущем, после чего специально подготовленный мелкодисперсный алюминий создает металлическую сшивку (армирующую сетку), взаимодействуя с природными карбонатами. Далее асфальтобетонная смесь наполняется волокном различной структуры (происходит химическое связывание целлюлозы), повышается адгезия.

На данный момент на российском рынке такие модификаторы представлены компанией «ПРОполимер»: два базовых – универсальный для горячих асфальтобетонных смесей и комплексный (модифицирующая и стабилизирующая добавка) для ЩМА смесей. Еще один – комплексный (для литого асфальтобетона).

Спикер назвала функциональные преимущества полимерных модификаторов для горячих и ЩМА асфальтобетонных смесей: они увеличивают срок службы дорожного покрытия, выступают как альтернатива ПБВ и PG с улучшением качества полотна, эффективны как в верхних, так и в нижних слоях, сохраняют износостойкость исходного битума, снижают сырьевую себестоимость и производственные затраты, удобны в транспортировке и хранении, имеют малую дозировку, выдерживают температурный градиент от -60 до + 80 градусов по Цельсию.

Преимущества комплексных полимерных модификаторов для литых асфальтобетонов следующие: глубина вдавливания штампа при температуре 40 градусов меньше нормы по ГОСТ Р 54401-2020 на 28 %, они выступают как альтернатива СБС, имеют более доступную стоимость, позволяют нагревать смесь до +220-250 градусов по Цельсию, придают однородность структуре, имеют выраженный насыщенный цвет дорожного покрытия, снижают шумность покрытия, повышают сцепление колес с покрытием, снижают аварийность, повышают удобоукладываемость смеси.

«Самый главный элемент – это улучшение эксплуатационных характеристик дорожного полотна – это априори. <…> Но стоит сказать и про экономику. К примеру, при замене стандартной рецептуры производства смеси на ПБВ на обычный битум БНД 70/100 плюс полимер МА 123 - получаем экономию порядка 17 %. Это по ценам на 24 января» - сказала спикер.

Несмотря на сложности с документарным оформлением, компания ООО «Пласткор» успешно применяет добавки на территории России. Со слов Анны Симановской, модифицированные асфальтобетоны были использованы при строительстве обхода города Тольятти с мостом через реку Волга в Самарской области, при капитальном ремонте дороги «Елабуга - Лекарево - Большие Армалы» с 0-го по 3-й км в Елабужском районе Республики Татарстан, при обновлении дороги «Павлово - Сосновское - Лесуново - Мухтолово - Саконы» с 38-го по 39-й км в Нижегородской области, а также при устройстве нижнего и верхнего слоев покрытия на пункте весового контроля на въезде в Обнинск Калужской области.

«Все эти объекты имеют подтверждения в виде протоколов, заключений, официальных бумаг и документов. Соответственно, есть способы, как это делать, но это достаточно проблематично и занимает огромную часть времени. Вместо того, чтобы разрабатывать новый продукт или эффективно его внедрять, мы занимаемся бумажной волокитой» - отметила представить компании ООО «Пласткор».

Испытания модификаторов «сухого» ввода

Руководитель группы исследования строительных материалов Центральной лаборатории АО «ВАД» Денис Колесник в своем выступлении рассказал, как проверить работу модификатора «сухого» ввода. Первый способ – оценить свойства асфальтобетона без учета изменений свойств битумного вяжущего (стандарт на асфальтобетонную смесь ГОСТ Р 58406 позволяет это сделать). Второй – провести испытание модифицированного битумного вяжущего (асфальтовяжущее), где при первоначальном подборе через вяжущее рекомендуется снижать дозировку примерно в два раза от рекомендаций производителя. По словам спикера, при испытании модифицированного битумного вяжущего важно обращать внимание на разные характеристики. Одна их них – динамическая вязкость. Это рекомендуемый параметр ГОСТ Р 58400.1-2019, он должен находиться в пределах 3 Паскаль в секунду. Данный параметр влияет на технологические свойства асфальтобетонной смеси: слишком высокая вязкость опасна быстрой стабилизацией смеси и может привести к проблемам при укладке и уплотнении. Одна из самых важных характеристик – критическая высокая температура. Испытания материала проводят при помощи реометра DSR, который имитирует проезд колеса автомобиля со скоростью 50-60 км/ч.

«Еще один интересный параметр – фазовый угол, на который редко обращают внимание. Он фактически показывает соотношение упругой и вязкой составляющей. Мы можем понять, за счет чего у нас происходит модификация. Ориентир здесь – 75 градусов. Чем меньше фазовый угол, тем более упругое битумное вяжущее» - сказал Денис Колесник.

Следующая характеристика – усталостная устойчивость вяжущего. Испытание проводят методом LAS-теста, который позволяет сравнить битумные вяжущие и асфальтовяжущее по количеству циклов до разрушения при заданной деформации, показывает долговечность при усталостной деформации. Спикер отметил, что данная методика позволяет работать не только с чистыми и модифицированными битумными вяжущими, но и с асфальтовяжущими. Например, возможно оценить влияние стабилизирующей добавки на вяжущее в ЩМА.

Еще один параметр – критическая низкая температура. «На данный момент это испытание является тестом, который определяет и гарантирует нам температурную трещиностойкость асфальтобетона. Проверка модификатора необходима в любом случае, поскольку в стандарте на асфальтобетон отсутствует метод испытания на низкотемпературную трещиностойкость», - отметил представитель АО «ВАД».

По его словам, были проведены разные методы испытания на трещиностойкость. В итоге специалисты пришли к выводу, что самым перспективным, эффективным и чувствительным является определение через непрямое напряжение. Испытание проводится при средних температурах 20-25 градусов по Цельсию на цилиндрических образцах с определением СТ-индекса через энергию разрушения. Метод имеет хорошую взаимосвязь с фактическими полевыми результатами, используется для сбалансированного проектирования асфальтобетонных смесей.

«Коллеги, есть такое предложение: продумать, рассмотреть и внести дополнения в стандарт на объемной-функциональный метод, чтобы там была возможность использовать модификаторы «сухого» ввода. Все-таки это перспективное направление, за такими гибридными добавками наше будущее» - подытожил Колесник.

Напомним, в этом году конференция «Асфальтобетон 2024» прошла в пятый раз. В течение двух дней более 300 специалистов дорожной отрасли обсудили ряд вопросов, касающихся развития асфальтобетона в России, в частности, подняли тему применения литого асфальтобетона, поговорили о проблемах при проектировании автодорог и исследованиях в области асфальтобетонных смесей. По итогам мероприятия сформирована резолюция с актуальными предложениями для развития дорожно-транспортного комплекса.