Новый взгляд на проблему разрушения дорожных швов

По ком стучит дорожный шов
Всем живущим поблизости от мостов и дорожных развязок хорошо знаком характерный стук, раздающийся по крайней мере дважды при проезде по мосту любого автомобиля, особенно большегрузного. Днём этот звук тонет в прочих шумах, однако ночью порой создаёт серьёзный дискомфорт, особенно при оживлённом движении по трассе. Источником надоедливого стука являются деформационные дорожные швы – неотъемлемая часть конструкции любого автомобильного моста. Они гасят статические напряжения, которые возникают в дорожном полотне, но одновременно являются и наиболее слабым его местом.

«Всё начинается с образования колеи на асфальтобетонном покрытии. Это явление обычно наблюдается в двух случаях: летом, когда по разогретому дорожному полотну проходит большегрузный транспорт, и зимой, в результате воздействия шипованных шин. Вследствие образования колеи на асфальтобетонном покрытии переходная зона из цементобетона работает как ступенька и начинает разрушаться. После повреждения переходной зоны колёса автомобилей начинают ударять непосредственно в металлическую конструкцию шва, что и вызывает характерный стук», – объясняет Мария Ледина, руководитель направления «Дорожное хозяйство» концерна BASF, ведущего мирового производителя строительной химии.

Проблема гораздо серьёзнее, чем может показаться на первый взгляд. Например, шум стучащих мостов и эстакад является одной из причин снижения рыночной стоимости расположенного поблизости жилья. И это лишь вершина айсберга. В результате постоянных ударов переходная зона разрушается ещё быстрее, обнажая металлические элементы его конструкции, которые быстро расшатываются и деформируются. Шов приходит в полную негодность и требует замены, а это – головная боль для дорожников, поскольку ремонт требует полной остановки движения на проблемном участке и поиска путей объезда. Даже кратковременное нарушение транспортного режима может спровоцировать серьёзные пробки и разорвать многие логистические цепочки. Результат – многомиллионные убытки в самых разных отраслях экономики, вызванные локальной технической проблемой. Знакома она и водителям, ведь характерный удар при попадании колеса в разрушенный шов не просто вызывает неприятные ощущения, но и наносит ущерб транспортному средству.

Полимер вместо цементобетона
Долгое время считавшаяся неразрешимой проблема была устранена специалистами BASF, разработавшими новый состав для заполнения деформационных дорожных швов. Трёхкомпонентный полимербетон Wabocrete II на основе полиуретана образует поглощающую ударные нагрузки эластичную переходную зону между стальными элементами конструкции и дорожной одеждой. Заполненный новым составом шов обладает высокой механической стойкостью, эффективно поглощает ударные нагрузки и передаёт их на основание, обеспечивая плавный проезд транспорта и снижение уровня создаваемого им шума. Система устойчива к воздействию ультрафиолета, воды и антигололёдных реагентов, а также к истирающим воздействиям, легко выдерживает нагрузки до 80 тонн и перепады температуры от –40 до +40 ºC. Сократилось и время ремонта: открывать движение на участке можно уже через два часа после завершения работ.

«Отремонтировать швы стало гораздо проще. Wabocrete II применяется холодным и не требует какого-либо специального оборудования. При этом наносить его можно и на поверхность с уклоном. Перед заполнением полимербетоном разбитую поверхность его бетонного основания следует восстановить с помощью высокопрочного ремонтного состава, например MasterEmaco T 1400 FR или MasterEmaco T 1200 PG. Это позволяет производить заливку на глубину от 10 до 100 мм и более. Полимербетон образует безусадочный нерасслаивающийся состав, обладающий высоким сцеплением со сталью и бетоном даже в агрессивной среде», – отмечает Мария Ледина.
По словам специалиста, Wabocrete II не только снижает эффект воздействия колёс на переходную зону шва, но и минимизирует его даже в случае появления колеи, поскольку при этом всё равно не образуется резкий перепад и транспорт проходит мягко.

Проверено в России
Испытать новую технологию взялись специалисты Московского государственного строительного университета, где провели тесты Wabocrete II на колееобразование в сравнении с жёсткой и устойчивой к разрушению традиционной асфальтобетонной смесью для устройства дорожных покрытий ЩМА-20. Компоненты для приготовления последней отбирались с особой тщательностью. Например, были использованы наиболее прочный щебень габбро-диабаз и дополнительное армирование состава синтетическими волокнами.

«Тесты на восемь тысяч проходов колеса проводились по методам APA (имитация прохождения большегрузов при летней эксплуатации) и WST (абразивное воздействие шипованным колесом в зимний период). И во всех случаях Wabocrete II продемонстрировал убедительное превосходство», – рассказывает Мария Ледина.

Так, в ходе испытаний по методу APA глубина колеи в полимербетоне при температуре +25 ºС оказалась на 76 % меньше, чем у состава ЩМА-20, а при +50 ºС – в 9,5 раза меньше. В ходе «зимних» тестов на истирание новый состав продемонстрировал 20-процентное превосходство при +25 ºС и пятикратное – при –10 ºС. Это значит, что в среднем время безремонтной эксплуатации дорожного шва теперь может достигать 20 лет. Однако в компании BASF не собираются останавливаться на достигнутом и планируют в 2018 году провести аналогичное тестирование на 20 тысяч проходов колеса.

Практика – лучший критерий истины
Wabocrete II был использован во время ремонта переходных зон дорожных швов на участке трассы А-147 Джугба — Сочи на границе с Республикой Абхазией, а также моста через реку Кудепсту. По словам начальника ФКУ Упрдор «Черноморье» Владимира Кужеля, полимербетон полностью подтвердил заявленные производителем эксплуатационные свойства с ноября 2016 года, с того момента, когда начали проводиться ремонтные работы.

Ещё одним участком стал отрезок федеральной дороги Р-256 «Чуйский тракт» между 202-м и 410-м км, где интенсивность движения достигает 16,5 тысячи автомобилей в сутки. Здесь Wabocrete II работает значительно дольше – с 2013 года. При этом нагрузки на дорожное полотно достигают 80 т при одиночном проезде большегрузов и 30 т в общем потоке. За прошедшие пять лет швы полностью сохранили конструкционную и визуальную целостность. По словам начальника управления ФКУ Упрдор «Алтай» Ярослава Долинского, материал обладает высокой ударной вязкостью и эластичностью даже при низких температурах.

«Полимербетон Wabocrete II наилучшим образом демонстрирует свои эксплуатационные преимущества в сложных условиях российской транспортной сети, отличающейся большой протяжённостью автодорог и разнообразием климатических условий. Такое решение наиболее актуально для трасс и мостов с значительной транспортной нагрузкой. Его применение позволяет существенно сократить трудозатраты и время проведения дорожных работ, а также увеличить межремонтные интервалы, что обеспечивает и серьёзный экономический эффект», – считает Мария Ледина.

Как и каждый успешный продукт, Wabocrete II стал образцом для создания многочисленных аналогов. Многие из них производители предлагают по более низкой цене, позиционируя как полностью российскую продукцию. Однако на практике по своим параметрам такие составы, как правило, серьёзно уступают оригиналу и не обеспечивают возможности длительной эксплуатации деформационных швов. Основная причина проблем – низкое качество полимерной составляющей.
«В результате в эксплуатацию вводятся швы с несформировавшейся структурой, которые тут же начинают разрушаться», – комментирует Мария Ледина.
Ещё одно альтернативное решение, которое также можно встретить на рынке, – полимербетон на основе пенополиуретана. В процессе полимеризации он подвержен значительному расширению, поэтому шов выступает над дорожным полотном, подобно «лежачему полицейскому». Такая конструкция склонна к повышенным циклическим деформациям и тоже очень быстро приходит в негодность.

Использование полимербетона Wabocrete II стало решением многолетней проблемы разрушения и срока эксплуатации деформационных дорожных швов. Благодаря своим упругим свойствам и стойкости к различным факторам внешнего воздействия этот материал способен обеспечить мягкое и бесшумное прохождение автотранспорта и сократить время выполнения ремонтных работ.