Студено рециклиране за рехабилитация на пътни настилки
Студеното рециклиране е съвременна технология за ремонт на пътни настилки, която в последните години намира все по-голямо приложение в България. Тя се отличава с висока икономическа ефективност, бързо и екологично изпълнение. В следващите редове ще бъдат разгледани някои от основните й предимства.
Текст: списание Инфрабилд
Рехабилитация на дадена пътна настилка се налага, когато са налице съществени повреди, нарушаващи комфорта на пътуване и застрашаващи безопасността на движението. Повредите могат да бъдат повърхностни, изразяващи се в пукнатини или дупки, структурни – нарушения в конструкцията на пътната настилка, пропадания, коловози или комбинация от двете. Те са резултат от повишаващата се интензивност на пътния трафик и от увеличеното натоварване от превозни средства. Всичко това допринася за по-бързото износване на пътищата и до необходимост от бърз ремонт.
Традиционните методи за рехабилитация на пътища са скъпо струващи, а срокът за изпълнението им е продължителен и до голяма степен зависи от метеорологичните условия. Те най-често включват цялостно фрезоване на повредената настилка или на участъци от нея, като фрезованият материал впоследствие трябва да бъде отстранен и извозен до депо за строителни отпадъци. Следва доставка и полагане на нови материали за възстановяване на пътното платно. При стандартна рехабилитация могат да възникнат и някои проблеми – при запълване на дупки или подмяна на износващия пласт асфалтобетон, много често се оказва, че основата е нестабилна, кръпките са запълнени неравномерно, а пукнатините от долните пластове отново се появяват на повърхността.
Разходите за всички гореизброени ремонтни дейности - разрушаване на съществуващите повредени настилки, извозването им на депо и за производство, доставка и полагане на нови, са значителни. Не без значение е и ефектът върху околната среда - голямо количество вредни емисии, запрашаване, неефективно и енергоемко производство на строителни материали, разход на ценни невъзобновими природни ресурси.
Нарастващата необходимост от бърз, ефективен и в същото време икономичен ремонт на пътната инфраструктура, който минимално да засяга трафика на превозни средства, налага търсенето на съвременни технологии, съчетаващи всички тези предимства.Чрез метода студено рециклиране, освен съкращаване на времето за извършване на дадена рехабилитация, се постигат и съществени икономии, като наред с това технологията отговаря на все по-високите изисквания за качествено и екологично изпълнение на ремонтните работи.
Какво е студено рециклиране
Студеното рециклиране е метод за рехабилитация на пътища, позволяващ 100% използване на пластовете от съществуващата повредена пътна настилка, като тя се превръща в основен строителен материал. С подходяща механизация, негодният пласт асфалтобетон се включва в изграждането на надеждна високоякостна основа за новата настилка, без допълнителна топлинна обработка. При необходимост, дълбочината на рециклиране може да достигне до трошенокаменната основа на пътя, което допринася за по-голяма равност, еднородност и устойчивост на основния рециклиран пласт.
Същевременно пътят на разпространение на пукнатините от долните пластове към повърхността е прекъснат, което елиминира повторнaтa им поява. Един от най-разпространените методи за изпълнение на студено рециклиране е този на място. Осъществява се посредством специализирана механизация, така нареченият рециклиращ влак – последователност от машини, с които съществуващата настилка се раздробява, стабилизира се и готовият пласт се уплътнява и профилира.
Същност на стабилизацията
Това е процес, при който към съществуващата асфалтобетонна настилка се прибавят малки количества добавъчни материали, с оглед получаване на определени физико-механични показатели на рециклирания пласт. Стабилизацията може да бъде механична, химична или комбинация от двете. При механична стабилизация се добавя трошенокаменен материал, равномерно разпределен по повърхността на съществуващия асфалт. При преминаване на рециклиращия влак той се включва по механичен начин към разтрошения материал. Когато необходимите физико-механични показатели на готовия пласт не могат да бъдат постигнати, посредством механична стабилизация, се преминава към химическа, като се добавя и стабилизиращо свързващо вещество. То може да бъде на циментова, битумна основа или комбинация от двете.
Принцип на действие на рециклиращия влак
Основен елемент от рециклиращия влак е рециклаторът. Това е специална машина, оборудвана с въртящ се барабан, покрит с високоякостни и износоустойчиви режещи метални зъбци. Тяхното предназначение е да разтрошават компрометираната настилка. Барабанът се намира в обособена рециклираща камера. В нея, чрез дозатори през гъвкави маркучи, се впръскват вода и стабилизиращо вещество, когато е необходима химическа стабилизация. Контролът по дозирането се осъществява посредством микропроцесорно-управлявана помпена система – част от компютърната система за контрол и управление на рециклатора. С нея се регулира и дълбочината на рециклирания пласт.
Най-простата схема на рециклиращ влак е следната: на първо място е цистерна с вода, свързана с рециклатора. Необходимото количество вода се дозира от микропроцесор и се впръсква в рециклиращата камера, където се смесва заедно с разтрошения материал до еднородна смес. Водното количество се определя с оглед получаването на максимално уплътнен рециклиран пласт. Началното уплътняване се осъществява от валяк, който следва цистерната и рециклатора. Валякът за начално уплътняване трябва да бъде вибрационен, като първоначално машината трябва да работи в режим с голяма амплитуда и ниска честота, за да се уплътнят най-долните пластове. Следващият режим трябва да бъде с малка амплитуда и висока честота за уплътняване на повърхностния пласт.
След цистерната и валяка се движи грейдер за профилиране и валяк за окончателно уплътняване. Готовата повърхност се заглажда с пневмоколесен валяк, придружен от цистерна с вода. Когато стабилизиращото вещество е на циментова основа, то обикновено се разстила върху съществуващата настилка и при преминаване на влака автоматично се смесва с раздробената маса в барабана на рециклатора. При необхоидмост от добавяне на допълнителни фракции за изграждане на рециклираната основа, те също предварително се разстилат върху настилката. Циментът и водата могат да бъдат добавени и механизирано.
Чрез специален смесител те се впръскват в рециклиращата камера под формата на циментово мляко – този метод позволява пълно механизиране на процеса и намалява загубите от цимент, например при вятър и запрашеността на обекта. При използване на битумна емулсия или пенобитум за стабилизиращо вещество, в рециклиращия влак преди рециклатора се включва цистерна за транспортиране на нагорещен битум. Пенобитумът се получава, като към горещия битум се добави вода – сместа се инжектира директно в рециклиращата камера, където се смесва с останалите добавки. Много често за стабилизиращо вещество се използва битумна емулсия в комбинация с цимент.
Приложение и особености
След получаване на готова рециклирана основа, могат да бъдат изпълнени новите асфалтобетонни пластове, в зависимост от вида натоварване на пътя. Технологията студено рециклиране може да бъде използвана както за пътища с леко, така и с тежко и много тежко натоварване. Подходяща е за всякакви класове пътища, включително и автомагистрали. Методът позволява бързо подобряване на транспортно-експлоатационните качества, възстановяване на носещата способност на дадена компрометирана настилка и усилването й, чрез увеличаване на еластичния модул до необходимите стойности, с оглед поемане на нарастващата интензивност и натоварване от трафика.
Съвременната рециклираща механизация позволява едновременно рециклирането на много тънки пластове и изпълнението на дълбоко рециклиране. Когато е налице единствено повърхностно компрометиране на асфалтобетонната настилка, без необходимост от повишаване на носимоспособността й, равността на пътя може да бъде възстановена с така нареченото тънко студено рециклиране. То се изпълнява на дълбочина от около 10cm.
При необходимост от възстановяване и подобряване носимоспособността на настилката, се изпълнява дълбоко студено рециклиране. То може да бъде извършено на дълбочина до 50cm, но опитът показва, че оптималната е до 20–30cm. Ширината на рециклиране зависи от ширината на фрезоващия барабан – приблизително 2,00m. Необходимо е съседните рециклирани пластове да се застъпват по ширина поне с 20cm.
Видът на студеното рециклиране се определя след предварително внимателно обследване на участъка за ремонт и изпитване на сондажни проби от съществуващата настилка, която ще влезе в състава на бъдещия рециклиран пласт. Специалистите в областта подчертават факта, че обикновено разтрошеният асфалтобетон няма необходимия зърнометричен състав, съгласно нормативните документи. В такива случаи за получаване на рециклирана смес с достатъчна плътност и носимоспособност, се налага допълнително прибавяне на дребнозърнест материал.
Топло рециклиране
При необходимост от рециклиране на повърхностните слоеве асфалтобетон, като алтернатива на студеното рециклиране може да бъде използвана и технологията на топлото рециклиране. Принципът е подобен на студеното рециклиране, но е важно да бъдат отбелязани някои особености. При топло рециклиране на асфалтобетонни настилки се използва свойството на битума да запазва до голяма степен физико-механичните си свойства в състава на асфалтобетона, въпреки че при експлоатацията на пътищата е в твърдо състояние. Това позволява с повторно нагряване на съществуващата асфалтобетонна настилка и с малки допълнителни количества нов битум, да се достигнат показатели на рециклирания асфалтобетон, сходни на новопризведен такъв.
За разлика от студеното рециклиране обаче, топлото рециклиране може да се използва за рехабилитация единствено на горните асфалтобетонни пластове от съществуващата настилка. Едно от основните изисквания за приложението на този метод е основните пластове на пътната конструкция да са ненарушени, като са запазени физико-механичните им характеристики, носимоспособността и устойчивостта на замръзване.
Технологията се състои в нагряване на повърхността на пътя до 150°C чрез специална нагряваща машина, оборудвана с газови инфрачервени нагревателни панели. Повърхностните пластове асфалтобетон се затоплят до степен на омекване, позволяваща премахването им от специален рециклатор. В него отстранената пътна настилка се обработва, като при необходимост се добавят малки количества нова асфалтобетонна смес и битум.
Следва повторно полагане на рециклирания пласт. Топлото рециклиране подобрява качествата на повърхностния слой от настилката, като се осигурява необходимия зърнометричен състав. Методът гарантира добро сцепление на гумите на превозните средства с повърхността на износващия пласт, неговата водонепропускливост и носимоспособност. Икономиите и при тази технология са значителни. Отчитат се до 85% намаляване на транспортните разходи и до 70% намаляване на разхода на нови строителни материали, в сравнение с традиционните методи за ремонт.
Стабилизация на земната основа чрез студено рециклиране
Заздравяването на земната основа за пътища и при фундирането на всякакви видове инженерни съоръжения е друг вид приложение на технологията. Често наличието на неподходящи за земна основа почви налага замяната им с подходящи, което е трудоемко и скъпоструващо мероприятие, а срокът за изпълнението му е сравнително дълъг. Удачно решение в тези случаи е извършването на стабилизация със специални добавки, които бързо да подобрят физико-механичните качества на почвите и да регулират водното съдържание.
По този начин се предотвратява появата на разрушения и повреди на пътните настилки, в резултат от деформации в земната основа. Осъществява се и значителна икономия на разходи за ремонт, тъй като веднъж появили се такива деформации, се налага разваляне на цялата пътна конструкция до достигане на земното легло за последващата му стабилизация. Технологията има и друго предимство – по-здравата земна основа предполага по-малки дебелини на пластовете от пътната конструкция. Това допълнително би намалило срока за изпълнение и строителните разходи. Студеното рециклиране може да бъде използвано и за стабилизиране на неасфалтирани пътища. С прилагането му се премахват проблемите със запрашаване при сухо време, а при дъждовно се постига здраво и сигурно покритие.
Предимства на студеното рециклиране
Предимствата на технологията са многобройни. На първо място значително се съкращава срокът за изпълнение на ремонтни работи – вече не е необходимо компрометираната пътна настилка първо да се премахне и след това да се изгради нова. Само с един технологичен процес и много малко добавъчни материали, тя се преработва, заздравява и полага на обекта. С това се осъществява икономия на транспортни разходи, на скъпоструващи нови строителни материали и площи за складиране на иззетия материал.
Процесът е до голяма степен механизиран, което изисква много малък разход на работна ръка и зависи много по-слабо от метеорологичните условия. Допуска се работа при променливи метеорологични условия. При валежи процесът може да бъде спрян и непосредствено след подобряване на метеорологичната обстановка студеното рециклиране да продължи, без неблагоприятни технологични последствия от спирането.
Екологичният ефект е безспорен - съществено се намаляват вредните емисии от изгорели газове и запрашаване и въздействието върху околната среда. Пести се енергия, тъй като не се налага влагането на допълнително количество топлина за обработка на материалите. Това е и едно от предимствата на студеното рециклиране, сравнено с метода топло рециклиране.
За рехабилитацията на повърхностния слой от пътната настилка при студено рециклиране не е необходимо допълнително нагряване. По този начин се спестява разход за допълнителна топлинна обработка и се постига по-висока енергийна ефективност. Въпреки това, изборът на технология за ремонт трябва да се базира на подробни изследвания и технико-икономическа обосновка, като е индивидуален за всеки отделен случай. Не на последно място, студеното рециклиране дава възможността да се работи само в едната половина на пътното платно. По този начин ремонтираните участъци не се затварят, а движението временно се отбива в другото платно.