Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) — искусственный дорожно-строительный материал, представляющий собой смесь минеральных материалов (щебня, песка из отсевов дробления и минерального порошка), битумного вяжущего и стабилизирующей добавки.

Назначение и область применения ЩМА

Основным назначением щебеночно-мастичного асфальта является устройство верхних слоев дорожного покрытия толщиной от 3 до 6 см. В некоторых случаях, когда дорожное покрытие находится в хорошем состоянии, но все же требует некоторого улучшения поверхностных эксплуатационных характеристик (шероховатости, уровня сцепления с шинами), щебеночно-мастичный асфальт может применяться для тонкослойной поверхностной обработки.

Главной сферой применения щебеночно-мастичных смесей является асфальтирование автомобильных дорог I–III категории, городских улиц с интенсивным движением, а также скоростных трасс с высокой транспортной нагрузкой. Помимо этого, с каждым годом растет популярность щебеночно-мастичного асфальта в качестве материала для устройства взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек на аэродромах.

Типовой состав и технология производства щебеночно-мастичного асфальта

Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь включает в свой состав 3 компонента:

• минеральный материал (щебень, песок, минеральный порошок);
• битумное вяжущее;
• стабилизирующую добавку;

Щебень (каменный минеральный материал) образует структурный каркас щебеночно-мастичной смеси, а мастика заполняет пустоты в щебеночном каркасе (объём которых составляет около 20 %).

Мастика — асфальтовое вяжущее вещество, представляющее собой смесь песка, минерального порошка, битумного вяжущего и стабилизирующей добавки.

В качестве минерального материала при приготовлении щебеночно-мастичной смеси используется щебень, песок, а также минеральный порошок.

• Щебень — важнейший структурный элемент щебеночно-мастичного асфальтобетона. Он обеспечивает создание устойчивого каркаса в слое дорожного покрытия. Доля щебня в общей массе ЩМА достигает 70–80 %. Для приготовления щебеночно-мастичной смеси используется фракционированный щебень (наиболее популярны фракции 5–10 мм, 10–15 мм и 15–20 мм) с улучшенной (кубовидной) формой зерна и высокой шероховатостью. Содержание зерен лещадной (пластинчатой) и игловатой формы не должно быть более 15 % от общей массы щебня. В некоторых случаях допускается использовать щебень из металлургических шлаков.
• Песок используемый для приготовления ЩМА, должен быть только из отсевов дробления горных пород.
• Минеральный порошок применяемый для производства щебеночно-мастичных смесей, является аналогичным тому, который используется при производстве обычных асфальтобетонных смесей. Его получают из известняка, доломита и других карбонатных горных пород.

В качестве битумного вяжущего при приготовлении щебеночно-мастичных смесей используется вязкий нефтяной дорожный битум с модифицирующими добавками или без них, а также полимерно-битумные вяжущие (ПБВ).

Стабилизирующая добавка является обязательным компонентом щебеночно-мастичного асфальта. Она требуется для того, чтобы удерживать битумное вяжущее на поверхности зерен минерального материала, препятствуя таким образом расслаиванию, которое может возникать во время промежуточного хранения и транспортировки горячей щебеночно-мастичной смеси к месту укладки. В качестве стабилизирующей добавки применяются целлюлозные волокна или прессованные гранулы из целлюлозных волокон, а также полимерные или минеральные волокна. Наибольшее распространение получили стабилизирующие добавки для ЩМА на основе целлюлозных волокон .

Технология производства щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси аналогична приготовлению обычных асфальтобетонных смесей и осуществляется в стандартных асфальтосмесительных установках, дополнительно оборудованных системой подачи стабилизирующей добавки.

Виды щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей

Согласно действующему в России ГОСТ Р 58406.1 –2020 «СМЕСИ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ И АСФАЛЬТОБЕТОН. Технические условия» в зависимости от фракции щебня различают следующие виды ЩМА:

• ЩМА-22 –смеси с номинальномаксимальным размером зерен 22,4 мм;
• ЩМА-16–смеси с номинальномаксимальным размером зерен 16,0 мм;
• ЩМА-11–смеси с номинальномаксимальным размером зерен 11,2 мм;
• ЩМА-8 –смеси с номинальномаксимальным размером зерен 8,0 мм.

Европейские нормы на щебеночно-мастичный асфальт (European standard for SMA prEN 13108-6) предусматривают следующие его виды в зависимости от фракции щебня:

• SMA 0/8 (с максимальным размером зерен щебня до 8 мм)
• SMA 0/11 (… до 11 мм)
• SMA 0/16 (… до 16 мм)
• SMA 0/22 (… до 22 мм)

Помимо указанных видов, европейские нормы допускают применение в ЩМА как более мелких фракций (до 4 мм), так и более крупных фракций щебня (до 40 мм).

Отличие ЩМАС от обычных асфальтобетонных смесей

Горячие уплотняемые щебеночно-мастичные смеси являются самостоятельной разновидностью асфальтобетонных смесей. К основным отличиям ЩМА от обычного асфальтобетона можно отнести:

• Повышенное содержание щебня (на 20–30 % больше по сравнению с асфальтобетонными смесями типа «А»)
• Повышенное содержание битумного вяжущего (от 5,5 до 8 %)
• Более жесткий допуск на размер и форму щебня
• Наличие стабилизирующей добавки

Основные преимущества щебеночно-мастичного асфальтобетона

Многолетняя практика применения щебеночно-мастичного асфальта в дорожно-строительной отрасли и большое количество проведенных испытаний, подтверждают его высокую эффективность, экономическую целесообразность и удобство использования для устройства верхних асфальтированных слоев дорожного покрытия. На сегодняшний день, во многих развитых странах щебеночно-мастичный асфальт становится основным материалом, применяемым при асфальтировании скоростных дорог, автомагистралей и взлетно-посадочных полос аэродромов. Основными его преимуществами являются:

• Водонепроницаемость и морозостойкость. Достигаются благодаря большому содержанию битумного вяжущего, а также малой величине остаточной пористости в уплотненном состоянии.
• Высокая усталостная стойкость. Достигается за счет дисперсно-армирующего действия стабилизирующей добавки, а также большого содержания вяжущего и низкой остаточной пористости.
• Повышенная сдвигоустойчивость. Обусловлена более высоким, в сравнении со стандартным асфальтобетоном, статическим пределом текучести при сдвиге.
• Низкая истираемость и стойкость к разрушающему воздействию шипованных автомобильных шин. Достигается за счет применения в составе щебеночно-мастичной смеси щебня из прочных горных пород, а также за счет высокого содержания мастики (асфальтовяжущего вещества).
• Шероховатость покрытия и высокие фрикционные свойства (уровень сцепления дорожного покрытия с колесами). Способствует повышению безопасности движения транспортных средств на высоких скоростях.
• Повышенная трещиностойкость. Хотя степень устойчивости щебеночно-мастичного асфальтобетонного покрытия к температурному трещинообразованию зависит в большей степени от состава щебеночно-мастичной смеси, устойчивость к усталостному трещинообразованию свойственна всем ЩМА.
• Низкий уровень шума. Покрытия из ЩМА отличаются более низким уровнем шума от автомобильного движения чем обычные асфальтобетонные покрытия (в среднем на 4–5 дБ).

Совокупность вышеперечисленных преимуществ щебеночно-мастичного асфальтобетона позволяет существенно увеличить межремонтные сроки дорожного покрытия, повысить комфорт, качество и безопасность движения.

История создания щебеночно-мастичного асфальта

Щебеночно-мастичный асфальт был разработан в Германии в 60-х годах XX века. Возросшая интенсивность колееобразования, разрушение дорожного покрытия вследствие роста числа транспортных средств, а также активного использования шипованных автомобильных шин (также изобретенных в 60-х годах), положили начало разработкам и испытаниям нового дорожно-строительного материала.

На начальном этапе борьбы с разрушением асфальтированных покрытий и возросшей колейностью, проблемы решались заливкой дефектных участков специальной мастикой с последующей присыпкой щебнем и уплотнением. Отремонтированные таким образом участки покрытия показали высокую степень износостойкости. Но технология имела ряд существенных недостатков, а именно: высокую стоимость работ и низкую, по причине большого объема ручного труда, производительность.

Для устранения этих недостатков было принято решение перенести процесс приготовления смеси на стационарный асфальтобетонный завод. Однако, при транспортировке приготовленной на заводе щебеночно-мастичной смеси к объекту асфальтирования, появилась другая проблема — расслаивание смеси (вытекание битумного вяжущего с поверхности минерального заполнителя).

Ключом к решению этой проблемы стало применение стабилизирующей добавки на основе целлюлозных волокон. Оригинальный патент на идею использования натуральных целлюлозных волокон в качестве стабилизирующей добавки для щебёночно-мастичных смесей (препятствующей вытеканию вяжущего) был выдан 30 июля 1968 года строительной компании «Strabag SE».

В дальнейшем, при проведении многочисленных испытаний, неоднократно подтверждалось, что асфальтируемые с применением щебёночно-мастичных асфальтобетонных смесей дорожные покрытия обладают более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с обычными асфальтобетонными. Закономерным итогом этого стало то, что в 1984 году в Германии был принят первый стандарт на применением ЩМА при выполнении работ связанных с асфальтированием верхних слоев дорожного покрытия.

В настоящее время, во многих странах мира щебеночно-мастичный асфальт широко используется в качестве материала для верхних защитных слоев дорожного покрытия. Щебеночно-мастичные смеси постепенно вытесняют другие типы асфальтобетонных смесей, предназначенные для устройства защитных и конструктивных слоев.

Технология асфальтирования с применением щебеночно-мастичных смесей

Эксплуатационные характеристики и долговечность дорожного покрытия из ЩМА в значительной степени зависят от соблюдения правил и требований по транспортировке щебеночно-мастичного асфальта к объекту проведения работ, его укладке и качеству уплотнения.

1. Транспортировка ЩМА на объект. Доставка горячей щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси на объект должна проводиться самосвалами (по возможности, оборудованными системой подогрева кузова) с защитным водонепроницаемым тентом, препятствующим быстрому остыванию смеси и попаданию влаги.
2. Подготовка нижележащего слоя. Перед укладкой щебеночно-мастичного асфальта, поверхность нижележащего слоя очищают от пыли и грязи, после чего обрабатывают жидким битумом или битумной эмульсией (с помощью гудронатора). Если нижний слой асфальтированного покрытия имеет существенные дефекты, то перед укладкой ЩМА выполняется его фрезерование и укладывается выравнивающий слой асфальтобетонной смеси методом сплошного асфальтирования. При незначительных повреждениях проводится ямочный ремонт.
3. Укладка ЩМА. Работы по асфальтированию с применением щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси необходимо проводить в сухую погоду, при температуре воздуха не ниже 5 °С весной, и не ниже 10 °С — осенью. Толщина слоя и расход ЩМА при устройстве верхних слоев дорожных покрытий следующие:
   • ЩМА-20 — толщина — 4–6 см, расход смеси — 100–150 кг/м²
   • ЩМА-15 — толщина —3–5 см, расход смеси — 75–125 кг/м²
   • ЩМА-10 — толщина — 2–4 см, расход смеси — 50–100 кг/м²

   Асфальтировать рекомендуется с помощью гусеничных асфальтоукладчиков оборудованных автоматической системой обеспечения ровности и поперечного уклона. Укладку щебеночно-мастичного асфальта желательно проводить на всю ширину проезжей части. Для получения максимально ровного покрытия, следует обеспечить непрерывность укладки ЩМА (с помощью мобильных перегружателей). Скорость укладки щебеночно-мастичной смеси должна быть не менее 2–3 метров в минуту.

4. Уплотнение ЩМА. На начальном этапе уплотнение щебеночно-мастичной смеси производится тяжелыми статическими гладковальцовыми катками с линейной нагрузкой от 22 до 30 кг/см². Не рекомендуется применять вибрационные катки из-за высокой чувствительности щебеночно-мастичного асфальта к переуплотнению. Процедура уплотнения должна проводиться при как можно более высокой температуре смеси. Легкие и средние асфальтовые катки на начальном этапе уплотнения не применяются. Из-за высокой вероятности налипания смеси, исключается применение пневмоколесных катков.

Возможные дефекты связанные с нарушением технологии укладки ЩМА

Несоблюдение и нарушение правил транспортировки, укладки и уплотнения щебеночно-мастичной смеси, может приводить к появлению следующих дефектов:

• Выступание битумного вяжущего на поверхности асфальтированного покрытия. Возникает в результате превышения нормы розлива битумной эмульсии или жидкого битума при подгрунтовке нижележащего слоя.
• Появление мелких дугообразных трещин. Происходит вследствие низкой температуры смеси при ее уплотнении.
• Появление широких трещин. Возникает из-за недостаточного прогрева выглаживающей плиты укладчика.
• Недостаточная сдвигоустойчивость асфальтобетона. Возникает при использовании геосетки с неправильно подобранным размером ячеек.

Информация взята с сайта ДСП “Юнидорстрой”