Betonul asfaltic turnat ( în engleză Mastic asphalt , germană Gussasphalt ) este un material de construcție a drumurilor, unul dintre tipurile de beton asfaltic ; un amestec de beton asfaltic turnat care s-a solidificat în timpul procesului de răcire și s-a format în pavaj.
În conformitate cu GOST R 54401-2011 „Beton asfaltic turnat la cald. Cerințe tehnice" amestec de beton asfaltic turnat - "amestec de turnare, cu porozitate reziduală minimă, format dintr-o parte minerală granulară (piatră zdrobită, nisip și pulbere minerală) și bitum de petrol vâscos (cu sau fără polimer sau alți aditivi) ca liant, de așezare. care este produs prin tehnologie de injecție, fără etanșare, la o temperatură a amestecului de cel puțin 190 ° C. Betonul asfaltic turnat, în funcție de temperatură , precum și de amploarea și timpul de aplicare a sarcinii, se manifestă ca un material elastic-elastic și vâsco-plastic [1] . Diferența dintre betoanele asfaltice polimerice turnate este că acestea sunt produse folosind bitum modificat cu aditivi polimerici, liant polimer-bitum (denumit în continuare PBV).
Prototipul de beton asfaltic turnat poate fi considerat asfalt natural , care a fost folosit în Babilon și Ninive . Acest material a început să fie folosit în orașele europene la începutul secolului al XIX-lea. Pentru aceasta s-au folosit calcare bituminoase găsite în zăcăminte din Franța (Seissel), Germania (Limmer) și Elveția , care conțin de la 5 până la 20% bitum natural sau ulei greu. Cazanele mari din metal au fost folosite pentru a „găti” asfaltul natural, iar amestecul a fost așezat manual. În 1829, s-a așezat prima dată beton asfaltic turnat la Lyon , iar apoi în marile orașe metropolitane ( Londra și Paris ) a început așezarea trotuarelor și a podurilor cu beton asfaltic turnat. Utilizarea noului acoperire a avut atât proprietăți pozitive, cât și negative. Orășenii pietoni erau nemulțumiți de cazanele de asfalt și tălpile fumegătoare care se lipeau de asfalt în căldura verii. Cu toate acestea, utilizarea asfaltului turnat a făcut posibilă reducerea semnificativă a zgomotului în timpul deplasării cailor și cărucioarelor. Conversația a devenit posibilă în interiorul echipajelor. Pe acele străzi unde s-a așezat asfaltul turnat, traficul a devenit atât de liniștit, încât apariția bruscă a trăsurii i-a înspăimântat pe orășeni, obișnuiți cu bubuitul vagoanelor care se apropiau.
În anii 1910-1950. În secolul al XX-lea, betonul asfaltic turnat a fost cel mai utilizat în Germania, unde a continuat îmbunătățirea metodelor de așezare, selecția rețetelor și s-a extins domeniul de aplicare al materialului. În 1908, a fost pus primul beton asfaltic turnat la Berlin și Frankfurt pe Main . De la sfârșitul anilor 1920, asfaltul din Trinidad din Peach Lake a început să fie utilizat în formulări de amestec turnat . La începutul anilor cincizeci, a fost inventat primul pavel pentru beton asfaltic turnat. În toamna anului 1954, pavajul mecanizat din beton asfaltic turnat a fost testat pentru prima dată pe Siemensstrasse din Berlin. [2] Încă din anii 1960, betonul asfaltic turnat a fost așezat fără sudură, până la 12 metri lățime, iar utilizarea sa s-a mutat către construcția de drumuri de mare viteză. Pentru acea vreme, cel mai mare obiect pentru instalarea unui strat de beton asfaltic turnat a fost porțiunea de 38 de kilometri a autostrăzii Nürnberg-Frankfurt de la Tenneloe la Schlusselfeld . Așa-numitele „rețete de la Berlin” aplicate, saturate cu piatră zdrobită, au oferit rugozitate ridicată și rezistență la uzură pe termen lung. Standardul TVbit6/60 actual de atunci prevedea utilizarea bitumului cu o penetrare de 15 până la 65 de unități pentru betonul asfaltic turnat sau un amestec de bitum rutier și asfalt natural din Trinidad. Folosit anterior pentru tratarea suprafețelor, nisipul natural a început să fie înlocuit cu piatră spartă tratată cu bitum. [2]
Istoria Rusiei a utilizării asfaltului turnat este legată, în primul rând, de descoperirea și dezvoltarea zăcămintelor naturale de dolomite care conțin bitum în regiunea Volga , în regiunea Syzran . Rezervele au fost estimate la 22 de miliarde de puds . În Rusia, afacerea cu asfalt s-a dezvoltat din 1873 , când D. I. Voeikov, împreună cu zoologul M. N. Bogdanov, au descoperit gresie impregnată cu bitum natural în raionul Syzran. Acest lucru a făcut posibilă stabilirea producției de gudron și mastic din materiale locale de calitate excelentă. Asfaltul Syzran a fost mai puternic decât omologii din Europa de Vest și s-a topit la o temperatură mai ridicată. Asfaltul natural (roci bituminoase) a fost prelucrat în cantități semnificative în mastic la fabricile din apropierea satului. Batraki și s. Districtul Pechersky Syzran, inclusiv pentru turnarea brichetelor, care sunt apoi topite la locul de așezare în cazane. Ambele fabrici au produs în 1889 800 de mii de lire de mastic. Asfaltul de Simbirsk era mai ieftin decât asfaltul străin (la începutul secolului al XX-lea, 1 pud costa în medie 35 de copeici) și era considerat cel mai bun din Europa din punct de vedere al calității. La sfârşitul secolului al XIX-lea - începutul secolului XX asfaltul a fost achiziționat de orașe precum Moscova , Kiev , Nijni Novgorod , Saratov , Astrakhan și altele. [3] Toate tipurile de materiale turnate enumerate mai sus au avut o asemănare îndepărtată cu compozițiile utilizate în prezent, totuși, practicarea îmbunătățirii lor, căutarea raporturilor optime ale părții minerale și bitumului, introducerea suplimentară de nisip și piatră zdrobită, a continuat să se dezvolte.
Cercetarea modernă a betonului asfaltic turnat în URSS a fost efectuată de mai multe centre științifice. Cu toate acestea, spre deosebire de Germania de Vest, betonul asfaltic turnat nu a fost utilizat pe scară largă în URSS. Dezvoltarea compozițiilor și tehnologiei pentru utilizarea betonului asfaltic turnat, studiul stărilor de efort-deformare ale structurii multistrat a pavajului structurilor de pod au fost realizate de oameni de știință de seamă, specialiști - constructori de drumuri și constructori de poduri ai Întreprinderii Unitare de Stat. „NIIMOSSTROY”, Universitatea Tehnică de Stat pentru Automobile și Autostrăzi din Moscova (MADI), Institutul „Giprotransmost”, Întreprinderea Unitară Federală de Stat SoyuzdorNII, Universitatea Tehnică de Stat din Saratov și multe altele.
Principalele principii ale clasificării betonului asfaltic turnat sunt împărțirea acestora în funcție de dimensiunea celei mai mari particule utilizate în compoziția materialului mineral ( fracția de piatră zdrobită ); scopul compoziției; metoda de pozare. De regulă, primul dintre aceste trei principii este folosit în practica mondială. Este folosit în germană [4] , suedeză (BRO 94 „Cerințe tehnice și structurale de bază pentru drumuri”, capitolul 6), austriacă (ÖNORM EN 13108-6), elvețiană (SN 640440), reglementările ruse, precum și în Standarde europene din seria EN [5] . O clasificare bazată pe metoda de pozare (manuală sau mecanizată) se aplică în reglementările finlandeze [6] . De exemplu, clasificarea germană a betonului asfaltic turnat conform standardului german armonizat TL Asphalt-StB 07 include 6 tipuri principale: MA 11S; MA 8S, MA 5S, MA 11N; MA 8N;MA 5N . [7]
Conform GOST R 54401 (tabelul 1), betoanele asfaltice turnate, în funcție de cea mai mare dimensiune a granulelor ale părții minerale și de utilizarea prevăzută, sunt împărțite în trei tipuri.
| Tip de | Granulația maximă a părții minerale, mm | Conținut de fracții peste 5 mm, % din greutate | Grosimea recomandată a stratului de acoperire, mm | Scop |
|---|---|---|---|---|
| eu | douăzeci | 30-51 | 40 până la 50 | Construcție nouă, revizie și petice |
| II | cincisprezece | 15-30 | 30 până la 45 | Constructii noi, revizii si petice, trotuare |
| III | zece | 0-15 | de la 20 la 35 | Trotuare, piste de biciclete |
Betonul asfaltic turnat diferă de betonul asfaltic tradițional prin conținutul său de bitum crescut la 7,5-10% (în masă) și proporția de pulbere minerală crescută la 20-30%. Astfel, conținutul de liant asfaltic (denumit în continuare ABB), constând din pulbere minerală și bitum, crește la 28% și mai mult. Conținutul de piatră zdrobită (granule mai mari de 5 mm) este de la 0 la 50% din greutate, ceea ce la o concentrație dată determină formarea unei structuri semi-cadru și fără cadru din beton asfaltic [8] . O caracteristică cheie a betonului asfaltic turnat este că rezistența materialului este determinată de proprietățile reologice ale liantului asfaltic sau așa-numita microstructură [8] [9] .
În betonul asfaltic compactat tradițional, așa-numita macrostructură (conținutul și forma pietrei zdrobite și nisipului) joacă un rol mult mai mare în formarea proprietăților fizice și mecanice ale materialelor [8] . Conținutul crescut de ABB determină fluiditatea amestecurilor turnate, care, odată cu selectarea corectă a compoziției, face posibil să se considere acest material practic ca un lichid vâscos care nu poate fi compactat.
Standardul național rus pentru betonul asfaltic turnat (GOST R 54401-2020) stabilește cerințele pentru principalele componente ale acestui material.
GOST R 54401-2020 :
„Ca liant, se folosesc bitumuri rutiere cu ulei vâscos de gradele BND 40/60, BND 60/90 conform GOST 22245, precum și lianți bituminoși modificați și alți cu proprietăți îmbunătățite. La utilizarea betonului asfaltic turnat pe structurile de poduri, în straturile superioare și inferioare ale suprafețelor rutiere cu intensitate mare de trafic și sarcini de proiectare pe osie, se utilizează bitum modificat cu polimeri. În aceste cazuri, se preferă lianții polimer-bitum pe bază de copolimeri bloc de tip stiren-butadienă-stiren, clasele PBV 40 și PBV 60 conform GOST R 52056. [unsprezece]
Betonul asfaltic turnat este puțin combustibil, nu răspândește flacără [17] , are o conductivitate termică jumătate față de beton (0,7-0,9 W/mK), este materiale izolante la vapori și fonic (reducerea zgomotului până la 14 dB cu un strat de 35 mm) [18] . Principalele avantaje ale betonului asfaltic turnat față de betonul asfaltic compactat tradițional produs în conformitate cu GOST 9128-2009 sunt rezistența la apă și durata de viață la oboseală, a căror valoare crește de mai multe ori atunci când este utilizat ca parte a bitumului rutier modificat cu elastomeri termoplastici [15] .
Dezavantajele betonului asfaltic turnat: costul crescut al amestecurilor; nevoia de echipamente speciale pentru livrarea și plasarea materialului; rezistență slabă la rugăciune plastică cu calitate nesatisfăcătoare a selecției compoziției în laborator sau erori tehnologice în producție; fisurare in perioada de iarna la utilizarea amestecurilor turnate de bitum nemodificat cu un indice de penetrare redus (mai putin de 50 unitati) si o temperatura de fragilitate Fraas crescuta in compozitia amestecurilor turnate .
Extinderea utilizării betonului asfaltic turnat în Rusia a fost în mare măsură facilitată de proiecte mari de poduri în care sistemele de acoperire și impermeabilizare au fost aranjate folosind beton asfaltic turnat. Aceasta este construcția unui pod peste Volga în sat. Pristannoye (2000), podul Ladoga peste râu. Neva lângă satul Maryino (1998), construcția podurilor cu tiranți Big Obukhov din Sankt Petersburg (2004, 2007), reconstrucția podului Trinity peste râul Neva din Sankt Petersburg (2002), podul Blagoveshchensky din Petersburg (2008), construirea sistemelor de pasageri pe șoseaua de centură din jurul Sankt-Petersburgului (2008-2010), construcția podului Ulyanovsk peste râul Volga (2009) și alte zeci de proiecte.
Practica exploatării structurilor artificiale arată că durabilitatea suprafețelor drumurilor pe unele poduri mari din Rusia se reduce la jumătate în 2-5 ani. Distrugerea straturilor de acoperire ale platformei podului duce la pătrunderea intensivă a umidității, a substanțelor chimice, a resturilor de acoperire direct în straturile de impermeabilizare și la deteriorarea acestora din urmă. Starea nesatisfăcătoare a căii de rulare a podurilor este unul dintre motivele distrugerii elementelor structurale ale structurilor artificiale din beton, precum și coroziunea metalului plăcilor ortotrope ale căii de rulare a podurilor metalice [23] .
Unul dintre motivele fragilității acoperirilor este utilizarea unei structuri tradiționale multistrat pe suprastructurile din beton, constând din materiale diferite: două straturi de acoperire de beton asfaltic compactat tradițional (grosime de cel puțin 90 mm) în conformitate cu GOST 9128. -2009 și o șapă din beton armat care acoperă stratul de hidroizolație. Rezistența la apă a unui astfel de sistem de acoperire și gradul de aderență între straturi sunt nesemnificative, ceea ce creează tensiuni interne crescute în materiale. Funcționarea structurilor de pod în condiții climatice severe, în condiții de vibrații și exces de sarcini de transport admisibile duce la distrugerea prematură a unor astfel de sisteme și la costuri semnificative pentru repararea acestora.
.
În SP 35.13330.2011. Set de reguli. Poduri și țevi. Versiunea actualizată a SNiP 2.05.03-84* reglementează posibilitatea utilizării betonului asfaltic turnat ca materiale de acoperire pentru straturile inferioare și/sau superioare ale pavajului tablierului de pod pe suprastructuri din beton și metal [24] . Documentul nu reflectă cerințele pentru tipul de liant bituminos utilizat în betonul asfaltic turnat, iar utilizarea amestecurilor compactate pe PMB este interzisă. Această interdicție nu respectă practica europeană de utilizare a bitumului modificat cu polimeri, limitează practica utilizării acestuia în Federația Rusă și, de asemenea, reduce potențial durabilitatea acoperirilor, ținând cont de condițiile climatice dure din Rusia [25] . Betoanele asfaltice turnate și betoanele asfaltice polimerice turnate, datorită proprietăților lor fizice și mecanice inerente, sunt utilizate pe scară largă în practica mondială a construcției de poduri ca materiale pentru acoperirea carosabilului platformei podului. Utilizarea lor pe structuri de poduri din beton face posibilă abandonarea construcției tradiționale cu o șapă de beton, ceea ce reduce sarcina pe travee și crește durata de viață a acoperirilor. În multe țări UE ( Germania , Austria , Țările de Jos , Ungaria , Finlanda , Suedia etc.), betonul asfaltic turnat este de asemenea considerat un element important al sistemului de hidroizolație, aplicat direct pe principalul material de hidroizolație și asigurând funcționarea în comun a acoperire și suprastructuri datorită unui grad ridicat de aderență.
Reglementările naționale germane pentru instalarea de acoperiri și hidroizolarea structurilor artificiale prescriu utilizarea obligatorie a betonului asfaltic polimer turnat ca strat protector de hidroizolație [26] [27] . În Germania, utilizarea unui sistem de hidroizolație pe mai multe niveluri pe structurile de pod metalice și din beton, constând dintr-un grund (conținând bitum sau epoxidic), un strat protector-adeziv (țesătură laminată sudată sau substanță polimer-bitum) și beton asfaltic turnat , ne permite să ne așteptăm la durata de viață a unor astfel de sisteme fără reparații majore de până la 30 și mai mult de ani.
Anual, conform datelor Asociației Internaționale pentru Beton Asfalt Mastic (în continuare IMAA) [28] , în Europa sunt produse de la 800 mii la 1 milion de tone de amestecuri de beton asfaltic turnat . Rusia a fost inclusă în IMAA din 2004. Germania (389.728 tone în 2009) și Franța (216.505 tone în 2009) sunt cei mai mari producători europeni de MAP, reprezentând mai mult de jumătate din producția totală anuală. Aproximativ 50% din tot betonul asfaltic turnat produs în Europa este folosit ca material de hidroizolație, inclusiv ca element al sistemului de hidroizolație pentru structurile de poduri [28] .
Volumul producției în Rusia în 2010 este estimat la 45-50 mii de tone. Majoritatea acestui volum este produs la Sankt Petersburg (de la 30 la 35 mii de tone anual), iar betonul asfaltic turnat este produs folosind bitum modificat cu polimeri. Betonul asfaltic mastic este utilizat pe scară largă în construcția diametrului de mare viteză de vest , unde este utilizat în toate secțiunile de trepte deja construite ca strat protector de impermeabilizare.
Producția de mixturi asfaltice turnate se realizează pe instalații moderne de amestecare asfaltică în serie. Amestecul este transportat la locul de așezare în mixere speciale termoizolate numite kochers (în germană: Kocher - boiler, aparat de gătit), echipate cu sisteme de amestecare forțată și menținând temperatura setată. În stare încălzită, amestecul este descărcat pe baza preparată într-o consistență lichidă sau vâsco-fluidică, urmată de nivelare manuală sau mecanică. Amestecul asfaltic turnat este așezat la o temperatură de 190 până la 250 ° C cu o grosime a stratului de 2,0 până la 5,0 cm (cu o greutate a stratului de acoperire așezat de la 50 până la 125 kg/m2 ) .
O parte integrantă a tehnologiei pentru straturile superioare ale pavajelor din beton asfaltic turnat este procesul de creare a unei suprafețe rugoase cu un coeficient de aderență adecvat prin tratarea suprafeței. În condițiile de funcționare din Rusia, tratarea suprafeței cu piatră zdrobită protejează suplimentar betonul asfaltic turnat de uzura abrazivă sub influența anvelopelor de automobile cu crampoane. Pe suprafețele drumurilor, prelucrarea se efectuează prin încorporarea piatră zdrobită fracționată cu o dimensiune a particulelor de 5-10 mm sau 5-20 (10-15) mm în suprafața unui amestec de beton asfaltic încă fierbinte. Pentru încorporarea suplimentară a pietrei zdrobite, se folosesc role ușoare cu role netede. La amenajarea pavajului și a pardoselilor în încăperi, prelucrarea se realizează cu o împrăștiere de nisip zdrobit natural sau fracționat [29] .
În prezent, în Federația Rusă, lista metodelor de testare a betonului asfaltic turnat este determinată de standardele organizațiilor elaborate de producători sau de condițiile tehnice ale căror obligații sunt asumate de producător. Betoanele asfaltice turnate în Rusia sunt testate pentru valoarea porozității miezului mineral, porozitatea reziduală, saturația cu apă, determinarea rezistenței la despicare la 0 °C, rezistența la compresiune la 50 °C, lucrabilitate. În țările UE, cerințele pentru betonul asfaltic turnat conțin cerințe funcționale și, de regulă, nu conțin valori numerice specifice ale indicatorilor proprietăților fizice și mecanice, fiind limitate la clasificare după un număr mare de criterii de calitate [30]. ] . Valoarea finală a acestui sau aceluia indicator al proprietăților betonului asfaltic turnat este determinată în documentația de proiectare a șantierului sau poate fi declarată prin anexe naționale la standardul european (Parametrii determinați la nivel național) [31] , precum și prin producător. Principala metodă de determinare a proprietăților reologice ale betonului asfaltic turnat în majoritatea țărilor lumii este de a determina adâncimea adâncirii (penetrării) într-o probă de ștampilă plată cu o suprafață de 5 cm² la o sarcină verticală constantă (52,5). kg). Testul se efectuează pe cuburi de material de 7,07 x 7,07 x 7,07 cm la o temperatură de +40 °C timp de 30 de minute. Cantitatea de deformare a probei sub acțiunea sarcinii este măsurată cu o precizie de 0,01 mm. Procedura de testare europeană se bazează pe metoda germană stabilită în DIN 1996, capitolul 13.
În mai 2012, au fost puse în aplicare standardele rusești pentru betonul asfaltic turnat - GOST R 54400-2001 „Asfalt turnat la cald. Metode de testare” și GOST R 54401-2011 „Beton asfaltic la cald turnat pe drum. Cerinte tehnice". Standardele sunt armonizate cu reglementările europene [32] . În prezent, în Rusia există o serie de documente care definesc cerințele tehnice și tehnologice pentru materialul și metodele de lucru: standarde de organizare, specificații, recomandări tehnice, coduri de construcție departamentale. Cele mai cunoscute documente care definesc un set de cerințe pentru betonul asfaltic turnat sunt TU 400-24-158-89 * și TU 5718-002-04000633-2006 (GUP „NIIMOSSTROY”) [33] . Aceste documente sunt criticate în ceea ce privește clasificarea betonului asfaltic turnat prezentat în ele și metodele de testare a acestora de către susținătorii actualizării cadrului de reglementare al Federației Ruse și armonizarea acestuia cu standardele tehnice europene. În Uniunea Europeană, documentele normative EN 13108-6:2006, EN 12697-20:2003, EN 13108-20:2006 definesc cerințele de bază pentru betonul asfaltic turnat și unele metode de încercare.