Инж. К. КУПРЕЯНОВ
КАЖДАЯ прочная дорожная одежда состоит из хорошо уплотненного каменного скелета, отдельные части которого сцепляются вдобавок каким-либо связующим веществом. И асфальто-бетонная одежда состоит из хорошо перемешанной смеси — каменных материалов твердой породы, специально подобранных по крупности (предварительно нагреваемых для высушивания), и особого связующего вещества — битума, нагреваемого перед смешиванием до расплавления. Эта смесь должна быть хорошо уплотнена посредством укатки.
Осуществить все это можно только при помощи специальных машин: асфальто-бетонной — для нагревания и смешения составных частей асфальто-бетонной массы; катков — для уплотнения готовой массы на месте в горячем состоянии и, наконец, специальных грузовиков для быстрого транспорта горячей массы от асфальтовой машины на дорогу.
Заготовленное сырье
Асфальтовые дороги делаются и иными способами, кроме способа асфальто-бетона. В частности, у нас обычно применяется в городах способ литого асфальта для улиц и тротуаров. Эта одежда есть также смесь мелкого каменного материала и битума в расплавленном состоянии; но она невыгодно отличается от асфальто-бетона следующим: смесь не может быть хорошо перемешана, так как работа производится вручную, в примитивных котлах; каменные материалы не подбираются столь тщательно по крупности и не подвергаются предварительной просушке; при укладке массы на место она уплотняется вручную, а не катками, что дает меньшую плотность одежды, и, наконец, вследствие большого количества пустот в коре, при этом способе необходимо для заполнения их дать больше битума, что удорожает работу. В результате кора получается значительно менее стойкая под проездом, температурными изменениями и влагой, чем асфальто-бетонная.
Отличительным свойством асфальтовой дороги, от которого и произошло это название, является ее значительная стойкость и неизменяемость, обязанные прежде всего особым свойствам битума и прочности каменных материалов. В настоящее время асфальтовые дороги в Западной Европе и Америке, вероятно, распространены больше всех остальных. Кроме прочности и гладкости, они отличаются упругостью, — хорошо выносят удары и изменения температуры; езда по ним приятна и почти бесшумна.
Подвозка каменного материала к камнедробилке
Но асфальтовые дороги имеют и недостатки: в некоторых типах этих одежд гладкость их столь велика, что отполированная проездом, получает опасную для движения скользкость; этим недостатком очень страдают дороги из прессованного асфальта (из так называемого асфальтового порошка); этот тип недавно запрещен в Париже на центральных улицах, вследствие его явной небезопасности.
Другим недостатком асфальтовых одежд является растворимость их бензином, обычно проливающимся из автомобильных баков, а также растворимость от некоторых масел.
Успех асфальто-бетонных дорог наполовину зависит от качества употребляемых материалов, на другую — от приемов производства работ.
Каменные материалы должны быть твердых, трудно-истирающихся и вязких (не хрупких), по возможности, однородных пород. Одной из характеристик прочности такого камня является его сопротивление раздавливанию под прессом, (от 1.000—1.500 кг. на кв. см., т.-е. каменный цилиндрик, с площадью, равной двухкопеечной монете, должен выдерживать груз такой величины).
Специальный грузовик под'езжает для нагрузки асфальтово-бетонной массы
Произведенные у нас опыты показали, что розовый шокшинский кварцит (Онежское озеро), серый гниванский гранит (Екатеринославская губерния) являются наилучшими для этой цели. В настоящее время поставлены опыты с нашим валунным камнем, недостатками которого являются неоднородность и, в среднем, меньшая прочность,чем указанная.
Другим важнейшим материалом является битум (название от греческого определения "плавкая смола"). Естественный битум добывается из асфальтовых каменных пород: известковых, песчаниковых и др., находящихся у нас в Сызранской, Самарской губ. и в Крыму. В этих породах заключается битума от 6 до 8% по весу и он извлекается из них путем водной выварки, или химическим путем. Первый способ дает извлечение битума, примерно, наполовину, второй — почти полностью.
Другим источником для получения битума — уже искусственным путем — являются некоторые, так называемые, асфальтовые нефти, из которых особыми способами получается искусственный битум, иначе называемый нефтяным гудроном. Достоинства естественного битума в настоящее время полностью достигнуты и в искусственном битуме — нефтяном гудроне.
Момент выгрузки массы в грузовик
Достоинства этого связующего вещества следующие: способность сцепиться с каменным материалом; прочная связь между отдельными частицами самого битума, подобно портландскому цементу; свойство расширяться и сжиматься без трещин от изменения температуры, какого не имеет портландский цемент; стойкость, т.-е. он не изменяет своих свойств во времени; водоупорность и, наконец, соответствующие благоприятные температурные свойства (плавление — при определенной требуемой температуре, отвердение — также при определенной температуре, вспышка — при нагревании в безопасных для работы пределах).
Все эти требования проверяются рядом простейших физических и химических испытаний, строго устанавливающих пригодность данного материала для работ.
Подбор состава асфальто-бетонной массы основан на двух главнейших принципах: максимума заполнения об'ема каменными материалами и минимума связующего вещества — битума.
Исходя из первого требования, нельзя брать каменный материал (щебень и шплит) в том виде, в каком он выйдет из камнедробилки, ибо в этом материале фракции разного размера входят в такой пропорции, которая не даст наибольшего заполнения об'ема. Необходимо получающийся от бойки материал рассортировать по крупности и затем снова смешать его в такой пропорции, чтобы об'ем самых мелких частиц заполнил пустоты между средними, а об'ем мелких плюс средних частиц — занял бы об'ем пустот между крупными частицами. В зависимости от крупности материалов применяют находимые попытками пропорции, составляя как бы целую "гамму" каменных фракций различной крупности от 40 мм. до мелкой пыли, крупности портландского цемента.
Эта пыль, количество которой должно быть, примерно, равно количеству битума в составе, — играет очень важную роль и называется "заполнителем", придающим битуму прочность.
Количество битума должно быть не слишком мало и не слишком велико; его должно быть достаточно для покрытия вместе с заполнителем тончайшей пленкой поверхности всех каменных частиц. Недостаток битума делает смесь каменных материалов сыпучей; избыток чрезмерно разжижает ее. Правильное количество заключается в пределах от 5% до 10% по весу от каменного материала. Отметим здесь, что эти предельные цифры повторяются настойчиво во всех правильных составах для любых связующих веществ во всех дорожных одеждах.
Масса автоматически высыпается на шоссе
Очень часто в "гамму" каменных фракций асфальто-бетонной массы включают так называемый асфальтовый порошок, т.-е. мелко раздробленную естественную асфальтовую породу, как, например, песчаниковую, естественно пропитанную битумом в количестве 6%—8%. В этом случае мельчайшая часть этого порошка (крупностью цемента) является необходимым заполнителем и притом от природы очень тесно об'единенным с битумом. Это дает сразу две выгоды: но надо вводить особого заполнителя, вообще очень дорогого (каменная мука или портландский цемент), а во-вторых, этот естественный заполнитель так тесно об'единен с пропитывающим его битумом, как никогда на удастся достигнуть при самом тщательном перемешивании. Добавка же в состав массы чистого битума, присоединяется к битуму, имеющемуся уже в заполнителе, и затем заполнитель с битумом естественным и добавленным обволакивает тонкой пленкой все каменные частицы — мелкие, средние и крупные — и сцепляет их при уплотнении и остывании коры.
Асфальто-бетонная одежда делается в 2 слоя, укладываемых последовательно на заранее подготовленном основании, например, на старой щебеночной коре или старой булыжной мостовой (цементно-бетонное основание для асфальто-бетона не необходимо). Подготовка старого основания заключается в тщательном мелком ремонте, или утолщении с тем, чтобы общая толщина щебеночного основания была бы не менее 10—15 см. Далее, поперечный скат старой одежды должен быть смягчен и доведен до 2%—3%, взамен обычно имеющегося крутого в 4%—5%. Наконец, для воспрепятствования боковому распору будущей асфальтовой одежды, укладываются бордюры из отесанного твердого камня.
Нижний слой асфальто-бетона, так называемый сцепляющий слой (binder course), может быть сделан толщиной 5—6 см. при таком составе щебня и шплита: крупностью от 40 мм. до 6 мм., 65% по весу от всей массы; шплита, крупностью от 6 мм. и мельче, вместе с асфальтовым порошком 30% (поровну шплита и порошка), битума — 5%.
Верхний слой — так называемый слой износа (wearing course) может иметь толщину 4 см. при таком, например, составе: шплит от 20 мм. до 6 мм. — 45%, шплит от 6 мм. и мельче вместе с асфальтовым порошком (поровну шплита и порошка) — 49%, битума — 6%.
Разравнивание
Сравнивая состав нижнего и верхнего слоя, видим, что нижний слой составлен из более крупного каменного материала, чем верхний, количество же битума в нем меньше. Поэтому нижний слой обладает прочностью и жесткостью, но не полной плотностью. Верхний же слой обладает прочностью и упругостью и более полной плотностью.
Верхний слой подвергается еще поверхностной обработке, чтобы заполнить остающиеся мельчайшие поры посредством поверхностного полива расплавленного битума в количестве ½—1 кг. на 1 кв м., с последующей присыпкой мелкой каменной фракцией от 5 мм. и мельче, производимой после остывания коры, или же посредством подсыпки под каток, укатывающий верхний слой, мелкого каменного материала указанной крупности, но предварительно об'единенного с битумом.
Последовательный порядок производства работ, примененный на Ленинградском шоссе, таков: 1. Механическая камнедробилка вместе с крошилкой (дающей только мелкий шплит) перерабатывает крупный камень на щебень и шплит, с одновременной сортировкой материала по крупности на вращающемся грохоте, отдельные секции которого дают материалы соответствующей крупности (производительность 50—75 кб. м. в день); рассортированный материал складывается в отдельные штабели. 2. Каменные материалы и асфальтовый порошок в установленной пропорции загружаются в вращающийся барабан асфальто-бетонной машины в количестве 1,5 тонны; в первой половине барабана материал нагревается и высушивается специальной форсункой, вгоняющей струю пламени внутрь барабана; пары воды и газа поступают в вытяжную трубу; нагреваясь и высушиваясь, материал подвигается ко второй половине барабана, в которую он впускается через особую заслонку, пробыв в первой половине 8 минут; во вторую половину барабана одновременно поступает порция расплавленного в отдельном котле битума по принятой пропорции (в расчете на 1,3 тонны каменного материала). Здесь каменный материал и битум перемешиваются также в течение 8 минут и смесь подвигается автоматически к выходу. Производительносгь машины в час — 8—10 тонн. 3. По истечении указанного срока открывается специальная заслонка, которая выпускает массу, нагретую до температуры 165—195° Ц. по наклонному лотку в грузовики соответствующей грузопод'емности (1,5 т.); грузовики везут массу со скоростью в 25—35 км. в час на место укладки, причем масса на расстоянии 2—4 километров успевает остыть на 3—6° Ц. 4. Привезенная на место работы масса автоматически разгружается и быстро разравнивается по уложенным рейкам и по шаблону. 5. Затем производится укатка массы катками 40—60 кг. на п. см. удельного давления; укатка ведется в продольном и перекрестном (косых) направлениях двумя катками для скорости, при чем в день оба катка укатывают 500—700 кв. м. одиночного слоя.
Укатка
Таким же образом укладывается и верхний слой, который затем подвергается описанной выше обработке. Около бордюров, где каток не может оперировать, уплотнение производится металлическими трамбовками, предварительно нагретыми на особых жаровнях. Поверхность бордюров перед укладкой асфальтовой массы промазывается каменноугольным дегтем для лучшего приставания асфальтовой массы.
Срок службы асфальто-бетонных одежд теоретически исчисляется от 10 ло 35 лет, в зависимости от величины проезда (от 500 до 100 тысяч тонн в год на 1 метр ширины) и в зависимости от того, имеются ли трамвайные пути; при наличии последних сроки уменьшаются, так как непрерывные толчки вагонов, боковые и вертикальные, преждевременно расстраивают всякую одежду. Отметим, что в эти сроки истирается лишь только один верхний слой, толщиной 4 см.; нижний слой остается, как общее правило, целым, и восстановлению подлежит лишь один верхний слой.
Первоначальная стоимость асфальто-бетонной одежды в два слоя, общей толщиной в 10 см., с предварительной подготовкой старого щебеночного основания и с устройством бордюров исчисляется в 11—12 р. за кв. метр при стоимости битума Шугуровского асфальтового завода в 300 р. за тонну франко-Москва; при нормальной ширине дороги в 5 метров первоначальная стоимость 1 км. асфальтовой дороги будет 55.000-60.000 рублей.
Но одна первоначальная стоимость еще не служит исчерпывающим указателем экономичности одежды; необходимо определить стоимость ее, приходящуюся на год службы, с учетом стоимости ремонта и содержания, а также процентов на затраченный капитал, что даст на 1 кв. м. одежды на 1 год службы:
| 1. | Погашение, считая, что при проезде в 100 тысяч тонн в год на 1 метр ширины, — срок службы верхнего слоя 20 лет — |
0 р. 20 к. | |
| 2. | Ремонт и содержание | ..... | 0 р. 03 к. |
| 3. | Проценты на затраченный капитал из 12% | ..... | 1 р. 44 к. |
| Итого, на 1 кв. м. на 1 год службы. | ..... | 1 р. 67 к. | |
Приведем для сравнения стоимость на 1 кв. м. считая также на 1 год службы, обыкновенного щебеночного утолщения, первоначальную стоимость которого примем в московских условиях в 2 р. 50 к. на 1 кв. м.:
| 1. | Погашение, считая при взятом проезде срок службы утолщения 2 года — |
1 р. 25 к. | |
| 2. | Ремонт и содержание | ..... | 0 р. 10 к. |
| 3. | % на затраченный капитал, считая из 12% | ..... | 0 р. 30 к. |
| Итого, на 1 к. м. на 1 год службы | ..... | 1 р. 65 к. | |
Итак, стоимость щебеночного утолщения (при осторожном расчете) одинакова со стоимостью асфальто-бетонной одежды. При этом не принята во внимание экономия на расходах владельцев транспорта, вследствие меньшего износа повозок и шин при движении по более гладкой асфальтовой поверхности.
Инж. К. Купреянов
