Асфальтирование
Чтобы дорожное полотно прослужило длительное время, оно сверху покрывается асфальтом, представляющим собой застывший специальный раствор. Данный процесс носит название асфальтирование. Как только покрытие затвердевает, образуется ровное твердое пластичное полотно, на котором длительное время не появляются трещины. Чтобы его качество соответствовало стандартам, все работы выполняются в точности с разработанной технологией. Каким образом проводится дорожное строительство, хорошо описано здесь.
Характеристика смеси
Существуют разные технологии изготовления раствора для укладки асфальта. При этом всегда основными компонентами являются битум, песок, щебень и добавки. Наиболее качественной технологией является изготовление литого асфальтобетона. В него входят те же составляющие, но к их качеству предъявляются повышенные требования.
Уложенный на поверхность раствор с течением времени затвердевает. В результате формируется цельное покрытие. Основное преимущество литого асфальтобетона — герметичность, поскольку затвердевшая поверхность не пропускает влагу. Это является очень важным моментом. Проникающая через микротрещины вода зимой превращается в лед. Многоразовое замораживание и оттаивание плохо сказываются на дорожном полотне.
Толщина укладываемого асфальта должна составлять от 80 мм. Если такое условие не будет выдержано, то от ударной нагрузки проезжающих автомобилей оно быстро придет в негодность. При полном соблюдении технологии время эксплуатации асфальтобетона может достигать 9 лет. За этот период величина износа полотна может достигать 6 мм, что не выходит за пределы допуска. Если асфальтирование ведется в ответственных местах, то иногда следует укладывать два слоя раствора. Постепенно они спекаются между собой, формируя цельное соединение.
Составляющие раствора
Основным связующим звеном всех составляющих асфальтобетонной смеси является битум. Без этого компонента застывший раствор не будет обладать характеристиками, присущими асфальту. Получится обычный бетон, не обладающий пластичностью. Кроме битума асфальтобетонный раствор состоит еще из следующих веществ:
- песка;
- щебня;
- добавок.
Процентное содержание всех компонентов в каждом конкретном случае может меняться. Это зависит от степени нагрузки на асфальтируемую территорию.
Битум
Связка всех компонентов раствора обеспечивается присутствием битума. Это вязкий материал, который еще носит название мазут. Получается он искусственным путем методом перегонки нефти. В процессе проведения крекинга мазут является конечным продуктом. Получаемый битум бывает множества разновидностей. Каждый материал имеет свой класс и маркировку. Все эти параметры отражаются в ГОСТ 22245-90. С учетом уровня асфальтируемой дороги подбирается соответствующего качества и битум. В первую очередь здесь учитываются климатические условия региона, поскольку в сильные морозы нагрузка на покрытие резко возрастает.
Задача битума состоит в обволакивании твердых частиц раствора с последующим их удержанием в связке. От этого во многом зависит стойкость и пластичность будущего асфальта.
Если процедура укладки раствора проводится в морозную погоду, то в битум добавляется растворитель, который носит название эмульгатор. В результате у раствора появляется морозоустойчивость. Особенностью эмульгатора является его способность растворяться в воде с последующим испарением. В конечном итоге он удаляется из застывшего асфальта, но нужные характеристики у покрытия сохраняются.
Песок и щебень
При создании асфальта подбору песка уделяется серьезное внимание. Особенно это касается тех случаев, когда ведется укладка литого асфальта. Чтобы обеспечить песку нужные характеристики, он изготавливается искусственно. Происходит это путем измельчения твердых камней горных пород. Также исходным сырьем может служить отсев.
Допустимо применение песка естественного происхождения, но при условии, что он будет отвечать всем необходимым характеристикам. В первую очередь обращается внимание на его чистоту и полное отсутствие в нем грязи. Также все элементы фракции должны быть одинакового размера. Эти условия зафиксированы в нормативных документах, на которых ведется ориентирование при проверке качества песка.
Щебень относится к более крупной составляющей. Изготавливается он из морозостойких горных пород, прочность которых составляет 120 МПа. При выполнении этих условий уложенный асфальтобетон способен выдерживать около 50 циклов заморозок и оттаиваний.
Также щебень может изготавливаться из доменного шлака прочностью 80-100 МПа. Во время проверки щебня уделяется внимание конфигурации его зерен. Каждое из них должно иметь форму тетраэдра с острыми кромками или куба. Количество плоских составляющих может быть не более 15% от общей массы. При отсутствии щебня его часто заменяют гравием. Однако перед применением с ним проводится дробление. Делается это с целью формирования у зерен острых кромок.
Добавки
Обязательным условием высокого качества асфальтобетона является наличие добавок. Это могут быть различные целлюлозные волокна, повышающие пластичные свойства покрытия.
При изготовлении литого асфальта в качестве добавочной составляющей используется минеральный порошок, задача которого состоит в связке между собой щебня и песка. Кроме того, он взаимодействует с битумом, повышая у конечного продукта гидрофильность. Это достигается путем набухания мельчайших частиц порошка во время контакта с битумом.
Изготавливается минеральный порошок из доломитов или известковых шлаков. Также допускается применять доменные отходы или заменители другого типа, к которым относится топливная зола.
После укладки литого асфальта его поверхность подвергается чернению. Для этого используется щебень, который изготавливается в специальном оборудовании, где он перемешивается с вяжущим веществом. Необходимость чернения полотна состоит том, чтобы усилить контакт асфальтобетона с покрышками автомобилей.
Процесс производства раствора
Изготовление раствора для последующего асфальтирования проводится в следующем порядке:
- Песок смешивается со щебнем, и вместе они перемещаются с помощью транспортера в сушильный барабан для удаления влаги. После окончания сушки смесь в барабане подогревается до требуемой температуры.
- Доведенные до нужного состояния фракции поступают в смесительный барабан. Параллельно такая же процедура проводится с добавками, из которых также удаляется влага. Затем они транспортируются в смесительный барабан, где соединяются с песком и щебнем.
- Готовый раствор помещается в транспортное средство, которое доставляет их к месту укладки.
Если расстояние от точки изготовления асфальтобетона до рабочей территории небольшое, то в качестве транспортного средства могут использоваться самосвалы. Когда проводится укладка литого асфальтобетона, то для этой цели чаще используются кохеры. На таком оборудовании установлена специальная бочка, в которой смесь постоянно перемешивается и подогревается до требуемой температуры. В результате готовый раствор не теряет своих характеристик по мере транспортировки. Это очень важно для формирования качественного конечного покрытия.
Разновидности смесей
Производимые асфальтобетонные смеси разделяются на 5 типов:
- I тип. Изготавливаемый раствор используется для укладки на автомобильных трассах или мостах. Размеры щебня в такой смеси составляют 5-15 мм.
- II тип. Гранулы щебня здесь доходят до 20 мм. Доставка к месту работы ведется автотранспортом, покрытым защитным тентом. Такой раствор после укладки нуждается в виброуплотнении.
- III тип. Это особый вид раствора, который используется для асфальтирования аэродромов. Размер гранул щебня составляет порядка 40 мм.
- IV тип. Здесь фракция щебня не превышает размеры 5 мм, поэтому такое покрытие применяется в неответственных местах. Таким типом смеси покрываются пешеходные дорожки или полы в квартире.
- V тип. Максимальная величина гранул щебня составляет 20 мм. Основное применение такого типа раствора — для покрытия асфальтобетоном пространства между рельсами трамвайных путей.
Каждый тип смесей используется для укладки на конкретных участках территории.
Используемое оборудование
Для качественного нанесения покрытия применяется специализированное оборудование. В первую очередь это касается укладки литого асфальтобетона. Для работы используют следующие агрегаты:
- Кохеры. Такая техника в основном требуется для перевозки литого асфальтобетона, чтобы он не потерял в процессе транспортировки своих параметров. Для этого сверху устанавливается бочка объемом от 500 до 12000 л. В процессе движения она вращается. Это обеспечивает постоянное перемешивание раствора, чтобы он в дороге не схватился. Кроме того, смесь подогревается для поддержания нужной температуры.
- Гудронаторы. Это тоже автомобили с бочками, из которых удобно вести разлив смеси для укладки на дорогу.
- Асфальтоукладчики. У данного оборудования присутствует жаростойкая резина, выдерживающая высокую температуру. Скорость движения алфальтоукладчика во время работы составляет 3 м/мин.
- Рециклеры. На машине установлена вращающаяся бочка, а смесь в ней перемешивается с помощью имеющихся лопаток. Здесь также предусмотрен ее подогрев.
- Автомобили-ремонтеры. Данные транспортные средства относятся к универсальному оборудованию, поскольку с их помощью ведется не только доставка смеси к месту работы, а и укладка.
Иногда для работы привлекаются финишеры. Обычно в них необходимость возникает при укладке асфальтобетона на железнодорожных мостах. Более подробно об особенностях работы спецтехники при формировании дорожного покрытия мы писали здесь.
Этапы асфальтирования
Где бы ни планировалась ведение асфальтирования, такая работа требует составления проекта. В нем утверждается подготовка всех необходимых материалов и планируемые работы. В случае необходимости проводятся геологические исследования местности с целью изучения рельефа и климатических условий. В подготовленных чертежах указывается конструкция будущего дорожного пирога. Асфальтирование относится к сложному процессу, который совершается в несколько этапов.
Подготовка основания
После составления плана непосредственно на месте начинается разработка территории. При необходимости ведется снос строений и вырубка растительности. Иногда процедура включает в себя выемку слоя почвы. Для этой цели часто используется специальное фрезерное оборудование. С его помощью проводится выравнивание участков для устранения существующих перепадов.
Затем подготовленное основание грунтуется. Для этого оно обрабатывается битумной эмульсией. В некоторых случаях укладка асфальтобетона ведется на старое покрытие. Если оно сохранилось в хорошем состоянии, то его можно использовать в качестве базы. Чаще всего так поступают тогда, когда старый слой представляет собой литой асфальтобетон. Такое покрытие обладает долговечностью, поэтому наличие в нем небольших трещин не является критичным. Они просто ремонтируются путем их расширения и последующей заливки раствором.
Чтобы не выйти за пределы размеченной территории, по краям дороги может устанавливаться деревянная опалубка. Ее высота должна соответствовать уровню будущего покрытия. Однако потребность в ней отпадает при использовании колесно-рельсового укладчика.
Процедура укладки
После доставки горячей смеси она высыпается на место укладки вне зависимости от вида транспортного средства. Это может быть самосвал или кохер. В последнем случае снизу открывается люк, и под давлением вращающихся шнеков раствор вытекает из бочки. Основным условием является полная выработка всего горячего асфальтобетона на протяжении одной смены, поскольку смесь не может оставаться в кохере. Если такое допустить, то извлечь ее на следующий день будет невозможно.
После окончания рабочего дня устанавливается деревянный брус. На следующий день он убирается, и застывшее покрытие размягчается для хорошей стыковки с новой порцией разогретого асфальтобетона.
Когда работа ведется с обычным асфальтом, то разравнивание покрытия происходит с помощью дорожных катков. В этом отношении литой асфальт имеет серьезное преимущество, поскольку жидкая масса обладает текучестью, что исключает потребность применения катков. Сразу после застывания формируется необходимая плотность асфальтобетона. При этом в некоторых случаях допускается трамбовка раствора с помощью автоукладчика. Данный процесс происходит с применением вибротрамбовочного бруса, встроенным в оборудовании.
Поверхностная обработка
Чтобы затвердевшему покрытию обеспечить максимальную долговечность, оно дополнительно улучшается. Для обычного асфальта сверху укладывается дополнительный тонкий слой полотна не более 4 см толщиной. Такое покрытие бывает 3 видов:
- В виде жидкой битумоминеральной смеси. В ее состав кроме мазута входят песок и минеральный порошок. Такой раствор хорошо закупоривает все мелкие трещины и поры, защищая поверхность асфальта от проникновения внутрь влаги.
- В состав битумоминеральной смеси добавляйся щебень. Это обеспечивает покрытию лучшее сцепление с покрышками автомобиля.
- Укладывается слой износа. Это мелкозернистая асфальтобетонная смесь, имеющая высокие показатели прочности. Она составляет толщину до 2 см. После прохождения некоторого времени слой демонтируется, и на его место укладывается новый. При этом основное покрытие остается в целостности.
После укладки литого бетона его поверхность подвергается чернению, поскольку такое покрытие обеспечивает плохой контакт с шинами автомобиля. Для этого на поверхность укладывается черный щебень, который специально доставляется самосвалами на объект в горячем состоянии. Затем он втапливается в асфальтобетон, что обеспечивает покрытию повышенную шероховатость.
Последующий ремонт
С течением времени в асфальтированной дороге могут появляться выбоины. Чтобы не совершать демонтаж всего полотна, проводится ямочный ремонт. Такие дефекты следует как можно быстрее устранять потому, что изношенный участок будет постепенно разрастаться. С этой целью яма с помощью отбойного молотка расширяется.
Затем на обработанную поверхность подается под большим напором воздушная струя, чтобы устранить всю имеющуюся грязь. Для этой цели используется компрессор. Все боковые поверхности ямы обрабатываются битумной эмульсией. После этого в подготовленное отверстие заливается горячий раствор.
Во время проведения ямочного ремонта допускается присутствие небольшого количества влаги, поскольку раствор хорошо сцепляется с основанием дороги. Однако нельзя допускать присутствия объемных луж. Связано это с тем, что после их высыхания будут формироваться пузырьки пара, что негативно скажется на внутренней структуре асфальтобетона.
Итого, процесс асфальтирования позволяет любому участку территории приобрести необходимую гладкость, прочность и эластичность. Это создает удобство для перемещения автомобилей. В процессе укладки покрытия необходимо строго придерживаться разработанной технологии. Только в этом случае полотно может послужить длительное время.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
