АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФЕКТОВ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Петрин Денис Валерьевич 1 , Макарова Людмила Викторовна 2 , Тарасов Роман Викторович 3
1 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистр техники и технологии
2 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент
3 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент

Аннотация
Основной проблемой дорожного строительства является низкое качество и долговечность асфальтобетонных покрытий. Для выявления причин возникновения дефектов асфальтобетонных покрытий в работе предлагается использовать диаграмму сродства, которая способствует выявлению основных нарушений в технологическом процессе путем сбора, обобщения и анализа информации.

THE ANALYSIS OF THE REASONS OF OCCURRENCE OF DEFECTS OF ASPHALT-CONCRETE PRODUCTS

Petrin Denis Valeryevich 1 , Makarova Ludmila Viktorovna 2 , Tarasov Roman Viktorovich 3
1 Penza State University of Architecture and Construction, master of technics and technology
2 Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3 Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Abstract
The main problem of road construction is the low quality and durability of asphalt-concrete pavements. For identify the causes of occurrence of defects of asphalt-concrete pavements in the work it is proposed to use the affinity diagram, which facilitates to the identification of the major violations in the technological process by gathering, generalization and analysis of information.

Библиографическая ссылка на статью:
Петрин Д.В., Макарова Л.В., Тарасов Р.В. Анализ причин возникновения дефектов асфальтобетонных покрытий // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 4. Ч. 1 [Электронный ресурс]..03.2019).

Состояние дорожной отрасли является показателем благосостояния и устойчивого развития экономики страны. Низкое качество и долговечность асфальтобетонного покрытия, а также качество дорожного строительства в России является постоянной проблемой .

Для улучшения качества дорог необходимо использовать дорожно-строительные материалы с повышенными показателями эксплуатационных характеристик и долговечностью. А высокое качество продукции и услуг, как известно, является главным фактором повышения конкурентоспособности предприятия. Эта проблема может быть решена различными способами, например, путем модификации асфальтобетонных смесей различными добавками .

Однако, прежде чем принимать решение об оптимизации рецептуры и технологических режимов производства и укладки асфальтобетонных смесей, требуется детальный анализ причин возникновения возможных дефектов уложенного асфальтового покрытия. Для этого могут быть использованы различные инструменты управления качеством, представленные на рисунке 1 .

Рисунок 1 – Новые инструменты управления качеством

Диаграмма сродства и диаграмма связей обеспечивает общее планирование. Диаграмма дерева, матричная диаграмма и матрица приоритетов обеспечивает промежуточное планирование. Блок-схема процесса принятия решения и стрелочная диаграмма обеспечивает детальное планирование .

Ожидаемым результатом является новое понимание требований и проблемных вопросов.

Рассмотрим применение диаграммы сродства на примере следующей проблемы: «Причины возникновения дефектов асфальтобетонного покрытия».

Основные дефекты асфальтобетонного покрытия :

Волнистая поверхность – короткие волны;

Волнистая поверхность – длинные волны;

Разрыв покрытия;

Неоднородная текстура покрытия;

Неровность покрытия;

Поверхностные тени;

Недостаточное предварительное уплотнение;

Некачественный продольный стык;

Некачественный поперечный стык;

Поперечные трещины;

Сдвиг покрытия при уплотнении катком;

- «жирные» пятна на поверхности покрытия;

Следы катка;

Недостаточное уплотнение покрытия.

Чтобы определить причины выше поставленной проблемы, была создана рабочая группа из представителей разных подразделений предприятия по производству асфальтобетона ОАО «ДЭП №270» (Пензенская область, г. Каменка).

Рабочая группа методом «мозгового штурма» выявила возможные причины, которые были собраны в виде разрозненных данных.

Причины возникновения дефектов асфальтобетонного покрытия
Низкое качество смеси	Освещенность при укладке смеси	Неправильное хранение сырьевых материалов
Нарушение технологии укладки	Низкая квалификация рабочих	Время и расстояние перевозки смеси
Температура смеси	Опыт рабочих	Климатические условия
Недостаточное количество вяжущего	Продолжительность рабочей смены	Загрязненность кузова автосамосвала
Недостаточно уплотненное щебеночное основание	Неудовлетворительное состояние или неправильная работа производственного оборудования	Нарушение технологии загрузки смеси в автосамосвал и выгрузки из него
Неудовлетворительное состояние или неправильная работа укладчика	Продолжительность перерывов в работе	Нарушение технологии производства смеси
Состав смеси	Периодичность контроля	Недостаточное уплотнение смеси
Расслоения смеси при перевозке	Сезон работы	Некачественная подготовка основания

Сгруппируем данные по общим признакам (табл. 1). При этом названия общим признакам не присваиваются. Отдельные данные при последующей работе могут быть перенесены в другие группы.

Таблица 1- Классификация видов дефектов по общим признакам

Группа	Виды возможных дефектов
Группа 1	Низкое качество смеси
	Температура смеси
	Недостаточное количество вяжущего
	Состав смеси
Группа 2	Нарушение технологии укладки
	Недостаточно уплотненное щебеночное основание
	Нарушение технологии производства смеси
	Недостаточное уплотнение смеси
	Некачественная подготовка основания
Группа 3	Неудовлетворительное состояние или неправильная работа укладчика
	Неудовлетворительное состояние или неправильная работа производственного оборудования
Группа 4	Расслоения смеси при перевозке
	Время и расстояние перевозки смеси
	Загрязненность кузова автосамосвала
	Нарушение технологии загрузки смеси в автосамосвал и выгрузки из него
Группа 5	Освещенность при укладке смеси
	Продолжительность рабочей смены
	Продолжительность перерывов в работе
	Сезон работы
	Климатические условия
Группа 6	Низкая квалификация рабочих
	Опыт рабочих
Группа 7	Периодичность контроля
	Неправильное хранение сырьевых материалов

Вероятные общие признаки каждой группы следующие:

группа 1 – качество смеси;

группа 2 – «…» – технология производства;

группа 3 – «…» – оборудование;

группа 4 – «…» – перевозка смеси;

группа 5 – «…» – условия работы;

группа 6 – «…» – человеческий фактор;

группа 7 – «…» – контроль.

Окончательный вариант диаграммы сродства после пересмотра состава данных каждой группы, представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Причины возникновения дефектов асфальтобетонного покрытия

В качестве первостепенных мероприятий, направленных на повышение качества асфальтобетонных покрытий можно отметить совершенствование системы контроля за качеством поставляемых материалов, технологией и качеством выполнения работ.

Немаловажное значение имеет обучение персонала дорожных предприятий современным технологиям производства и укладки асфальтобетонных смесей.

Под влиянием света, тепла и кислорода битумные материалы стареют. В процессе старения одни составные части улетучиваются или окисляются, а другие уплотняются. Пластичность битума уменьшается, увеличивается хрупкость, появляются трещины. Это особенно опасно в агрессивных химических средах.

Колейность - дефект дорожного покрытия, обусловленный наличием на проезжей части колей, продольных углублений правильной формы в местах наката систематического приложения нагрузок от колес подвижного состава. Образуется при значительных осевых нагрузках, вследствие недостаточной прочности дорожной одежды, под влиянием тяжелых авто при интенсивном образовании трещин и проломов. Наличие колейности затрудняет выполнение маневров авто, ухудшают водоотвод и повышают опасность дорожного движения. При диагностике АД колейность различают по глубине до 15мм, 15-30мм и свыше 30мм. Измеряют колеи ручным и инструментальным способом. При ручном способе на гребне колей в полосе наката укладывают рейку с рекомендованной длиной 2м. Колею измеряют по каждой полосе движения отдельно в прямом и обратном направлении. Основной инструментальный способ измерения – лазерный профилограф.

Выкрашивание – разрушение дор. покрытия, в результате потери им отдельных зерен гравия и щебня или за счет потери связи между зернами материала на усовершенствованных покрытиях, а также на капитальном покрытии не жесткого типа при плохом сцеплении зерен щебня с битумом, или плохом перемешивании смеси, при использовании в покрытии некачественных материалов или при укладке материалов в дождливую либо холодную погоду. При диагностике измеряется в м 2

Шелушение – разрушение поверхности покрытия за счет отделения наружных тонких пленок материала, вызванного воздействием воды и низкой температуры. Особенно интенсивно происходит при частом замерзании и оттаивании покрытия и при использовании соляных смесей для борьбы с гололедом. Интенсивность шелушения зависит от качества материала. Пористые и слабые материалы более чувствительны к колебаниям температуры и чаще подвержены шелушению. Шелушение АБ покрытия наиболее интенсивно происходят в весенний период. При диагностике измеряется в м 2

Всегда удобно ехать в автомобиле по ровной и гладкой автостраде, развивая большую скорость. Отнюдь не редко качество трассы не позволяет это сделать, так как покрытие имеет отклонение от нормы и малопригодно для качественной езды. Со временем под давлением колес машин, особенно больших грузовых, влиянием неблагоприятных природных условий в виде дождя, града, резкой смены температуры, асфальтобетонный настил теряет свой первозданный вид. Покрывается мелкими трещинами, ямками, выбоинами, что укорачивает время качественной работы автотрассы. Езда по таким изношенным дорогам ведет к порче автомобилей и даже может привести к аварии.

Причины разрушения

В результате использования покрытий из асфальтобетона, они подвергаются различным деформациям. Износ дорог образуется из-за внешних и внутренних воздействий на . Дефекты на покрытии от влияния внешних факторов включают в себя:

• силовые нагрузки от автомобильных колес;
• атмосферные осадки (дождь, температурные изменения, оттаивание, снег, замораживание).

Основные причины разрушений — несоблюдение технологии укладки или ремонта дорожного полотна и воздействие автомобилей.

Внутренние факторы, связанные с разрушением асфальтобетонного покрытия, возникают вследствие неправильного составления проекта для дорог, их строительства и ремонта:

1. К разрушению дорожной поверхности приводит неправильное проектирование асфальтобетонной автомобильной трассы. Неточно проведенные исследования, расчеты и допущенные ошибки при определении интенсивности потока транспортных средств могут способствовать образованию дефектов на дороге из асфальтобетона и привести к разрушению дорожного сооружения, а именно: нарушится целостность асфальтного слоя на дорожных покрытиях; грунт основания просядет; снизится прочность грунтовой подушки; последует износ асфальтобетонного настила.
2. Применены старые методики и выбраны материалы низкого качества при работе с покрытием из асфальтобетона. Совсем недавно, для монтажа, укладки асфальтного раствора и ремонта трасс использовали горячие , в состав которых входил некачественный битум. Он вызывал повреждения дорожного настила и ухудшал прочностные характеристики готовой смеси для асфальтирования дорожной поверхности. Однако строительство не стоит на месте, и уже сегодня разрабатываются и внедряются новейшие полимерно-битумные материалы, способные значительно повысить свойства материала и будущей трассы. Большую популярность приобрели различные добавки в смесь для: улучшения сцепления, повышения стойкости к воздействию воды и образованию трещин. Благодаря этим добавкам обеспечивается стойкость дорожного полотна к минусовым температурам. Чтобы избежать дефектов и износа дорожного полотна, следует не только применять новые смеси для укладки асфальта, но и выбирать новые технологии, которые позволят стабилизировать и укрепить ослабшие подвижные почвы основания. Чтобы предотвратить разрушения покрытий, используют армирующую сетку, которая усилит дорожную конструкцию и увеличит продолжительность срока эксплуатации асфальтированного полотна.
3. Дефекты и износ на асфальтобетонном покрытии возникают вследствие неправильного технологического процесса при возведении дорожной конструкции. Разрушения образовываются из-за допущенных ошибок при укладке асфальта и ремонте трассы. Способствуют возникновению дефектов нарушения правил перевозки асфальтобетонного раствора, в результате чего, смесь подается неправильной температуры. При уплотнении уложенной смеси не были удалены пузырьки воздуха или, наоборот, раствор был слишком уплотнен, тогда асфальтированное полотно начнет трескаться и расслаиваться. Разрушения трассы могут возникнуть в результате некачественной подготовки земельного полотна и работ по укладке дорожного сооружения.
4. Дефекты на дорожном покрытии чаще всего образовываются в результате погодных условий, когда во время дождей влага проникает в асфальтированное полотно, а жаркие лучи солнца портят верхний слой трассы – осуществляется ухудшение прочности асфальтобетона, что приводит к образованию выбоин. В период минусовых температур собравшаяся влага в слоях асфальтобетона способна увеличиваться в объеме и тем самым разрушать структуру и уплотнение асфальта.
5. В результате больших нагрузок от транспортных средств происходит разрушение дорожного полотна. Высокие нагрузки на поверхность трассы обусловлены интенсивным потоком транспортных средств, в результате чего, норма пропускной способности за 24 часа превышается и как последствие – ресурс полотна трассы снижается. Повышение осевой нагрузки вследствие эксплуатации дорожного покрытия транспортными средствами большой грузоподъемностью, приводит к разрушениям асфальтобетонного полотна, образованию колеи и трещин.

Повреждения дорожного покрытия из асфальтобетона могут происходить вследствие комплексного влияния внешних и внутренних факторов.

Основные виды дефектов

Типичные дефекты автомобильных дорог.

Асфальтобетонные повреждения бывают следующих видов:

• Пролом. Представляет собой прорези на асфальтированном участке, где проходит поток транспортных средств. Если вовремя не залатать трещины, они способны увеличиться в размерах и превратиться в пролом большого диаметра.
• Истечение срока службы. Разрушения, связанные с продолжительной эксплуатацией полотна, на котором не осуществлялся ремонт, сказываются на толщине слоя асфальтобетона.
• Уменьшение прочности асфальтобетона. В результате больших нагрузок от тяжеловесных грузовых автомобилей образуется просадка полотна и разрушение верхнего слоя покрытия в виде неровностей, выбоин и колеи.
• Выбоины. Разрушения в виде выбоин – это углубления с резким обрывом края, которые происходят из-за неправильной кладки асфальтобетона с использованием материалов низкого качества.
• Шелушение. Образование шелушений на дорожной поверхности вследствие отделения из верхнего слоя частиц покрытия. Образуется из-за постоянных переменных воздействий на дорожную поверхность мороза и оттепели.
• Климатические воздействия. В период таянья снежных масс образуется большое количество жидкости, которая способна разрушить полотно трассы, что влечет за собой снижение прочностных характеристик асфальтобетона.
• Выкрашивание. Возникает этот тип повреждений вследствие нарушения укладки или ремонта дорожного полотна, а именно работы при атмосферных осадках или минусовых температурах.
• Трещины. Образуются щели на дорожной поверхности в результате резкой перемены температурного режима.
• Просадка. Возникает просадка из-за выбранных материалов низкого качества для укладки полотна, а также в результате недостаточного уплотнения асфальтной смеси или почвы.

Вероятные недостатки	Причины их возникновения	Способы их устранения или предотвращения
1. Состояние смеси
Смесь дымится (синий дымок над смесью)	Смесь перегрета выше 180 ° С	Сообщить на АБЗ о необходимости отрегулировать температурный режим. Смесь для верхнего слоя применять нельзя
Смесь дымится (серый цвет)	Избыточная смазка кузова	Кузов смазать тонким слоем мазута
Глянцевая пленка на поверхности смеси в кузове автомобиля	Недостаточное перемешивание смеси Расслоение смеси при перевозке	Сообщить на АБЗ о том, чтобы перемешивание смеси довели до нормы в зависимости от влажности материала
Комья трудно разбиваются, смесь горячая	Недостаточное перемешивание или применен влажный минеральный порошок	Усилить контроль за подачей минерального порошка. Произвести раздельное перемешивание сухого замеса, а затем с битумом

Окончание табл. 60

2. Укладка смеси
Задирание поверхности слоя	Попадание в смесь крупного щебня или посторонних предметов, которые волокутся за плитой укладчика	Остановить укладчик, поднять рабочие органы, удалить крупные частицы и другие посторонние предметы
Негладкая рваная поверхность, местами углубленная вдоль полосы	Смесь прилипает к выглаживающей плите укладчика	Очистить, смазать мазутом (соляровым маслом) и подогреть выглаживающую плиту
Неровная поверхность слоя в продольном направлении	Основание неровное, неправильно отрегулирована толщина слоя	Проверить отметки основания, выглаживающую плиту установить на толщину проектного слоя
Сдвижка слоя, наплывы в покрытии при укатке	Высокая температура смеси или она «жирная»	Сообщить на АБЗ о температуре смеси и проверке дозировки битума
Появление трещин при уплотнении слоя покрытия	Сухая смесь или недостаточно прочное основание	Сообщить на АБЗ о неполной дозировке битума
Разрывы по всей ширине полосы покрытия	Трамбующий брус установлен выше выглаживающей плиты	Трамбующий брус установить на 3...4 мм ниже поверхности выглаживающей плиты
Разрывы в покрытии, в середине и по краям	Неправильно установлена выглаживающая плита. Увеличена подача смеси	Отрегулировать шиберные заслонки. Установить плиту в горизонтальное положение

Дополнительные требований к укладке асфальтобетонной смеси

При отрицательной температуре воздуха

1. Очистка основания механической щеткой без применения воды.

2. Непрерывный подвоз смеси в утепленных кузовах автосамосвалов, чтобы не допустить остановку асфальтоукладчика.

3. Температура смеси при укладке должна быть не ниже 160° С, а при уплотнении - 130 °С.

4. Приготовление смеси с добавками ПАВ или активированным минеральным порошком.

5. Уплотнение смеси тяжелыми катками на пневмоходу или виброкатками со скоростью не более 2 км/ч и увеличением числа приходов на 20...30 %.

6. Подогрев основания (нижнего слоя покрытия) разогревателями типа КР-53А, РА-10, ДЭ-2 или другими средствами.

7. Толщина слоя укладки смеси должна быть не менее 4 см.

8. Тщательная заделка продольных и поперечных швов путем дополнительного прогрева горячими утюгами или выносными линейками с горелками разогревателей асфальтобетона.

9. Укладка теплых и горячих смесей при температуре воздуха не ниже 0 ° С и скорости ветра не более 7 м/с.

10. Асфальтобетонная смесь должна иметь минимальный показатель по водонасыщению.

11. Асфальтоукладчик должен иметь выглаживающую плиту с исправным агрегатом нагрева.

12. Техника должна быть подготовлена для работы в зимних условиях.

Коэффициент уплотнения для асфальтобетона должен быть не ниже:

0,99 - для плотного асфальтобетона из горячих смесей типа А, Б;

0,98 - для плотного асфальтобетона из горячих смесей типа В, Г, Д, пористого и высокопористого асфальтобетона;

0,97 - для асфальтобетона из холодных смесей.

Линейный контроль за коэффициентом уплотнения в период укатки смеси следует производить приборами:

динаметрическим плотномером конструкции МГП «Кондор» (прил. 4, рис. 28);

пористомером асфальтобетона КП-209М (прил. 4, рис. 29).

Контроль качества работ

1. При приготовлении асфальтобетонной смеси проверяют:

постоянно - температуру битума и минеральных материалов, температуру готовой смеси в кузове каждого автомобиля;

не реже одного раза в смену - качество смеси по ГОСТ 9128-97 и битума по ГОСТ 11501-78 и ГОСТ 11503-74;

качество щебня, песка, минерального порошка - не реже одного раза в 10 смен.

2. В процессе строительства покрытия проверяют:

поперечные уклоны покрытия;

ровность покрытия в 5 контрольных точках;

температуру асфальтобетонной смеси в кузове каждого прибывающего самосвала;

постоянно - качество продольных и поперечных швов укладываемых полос;

качество асфальтобетона по показателям кернов (вырубок), взятых в 3 местах на площади покрытия 7000 м 2 .

Вырубки следует отбирать в каждом слое из горячего асфальтобетона через 1…3 суток, из холодного асфальтобетона - через 15...30 суток на расстоянии не менее 1,0 м от края покрытия.