Gjuten asfaltbetong ( engelsk Mastic asphalt , tyska Gussasphalt ) är ett vägbyggnadsmaterial, en av typerna av asfaltbetong ; en gjuten asfaltbetongblandning som stelnat under avkylningsprocessen och bildats i beläggningen.
I enlighet med GOST R 54401-2011 "Väggjuten varm asfaltbetong. Tekniska krav" gjuten asfaltbetongblandning - "gjutblandning, med minimal restporositet, bestående av en kornmineraldel (krossad sten, sand och mineralpulver) och trögflytande petroleumbitumen (med eller utan polymer eller andra tillsatser) som bindemedel, läggning som tillverkas med injektionsteknik, utan tätning, vid en blandningstemperatur på minst 190 ° C. Gjuten asfaltbetong, beroende på temperaturen , samt storleken och tidpunkten för belastningen, visar sig som ett elastiskt-elastiskt och viskös-plastiskt material [1] . Skillnaden mellan gjuten polymerasfaltbetong är att de tillverkas med bitumen modifierad med polymertillsatser, polymer-bitumenbindemedel (nedan kallat PBV).
Prototypen av gjuten asfaltbetong kan betraktas som naturlig asfalt , som användes i Babylon och Nineve . Detta material började användas i europeiska städer i början av 1800-talet. För detta användes bituminösa kalkstenar som hittats i fyndigheter i Frankrike (Seissel), Tyskland (Limmer) och Schweiz , innehållande från 5 till 20 % naturlig bitumen eller tung olja. Stora metallpannor användes för att "koka" naturasfalten och blandningen lades för hand. År 1829 lades gjuten asfaltbetong för första gången i Lyon , och sedan i stora storstadsstäder ( London och Paris ) började läggningen av trottoarer och broar med gjuten asfaltbetong. Användningen av den nya beläggningen hade både positiva och negativa egenskaper. Fotgängare i stadsborna var missnöjda med de rykande asfaltspannorna och sulor som fastnade på asfalten i sommarvärmen. Användningen av gjutasfalt gjorde det dock möjligt att avsevärt minska bullret under förflyttning av hästar och vagnar. Samtal blev möjligt inom besättningarna själva. På de gator, där den gjutna asfalten lades, blev trafiken så tyst, att vagnens plötsliga uppkomst skrämde stadsborna, som var vana vid mullret från närmande vagnar.
Under 1910-1950-talet. Under 1900-talet användes gjuten asfaltbetong mest i Tyskland, där förbättringen av läggningsmetoderna, urvalet av recept fortsatte och materialets omfattning utökades. 1908 lades den första gjutna asfaltbetongen i Berlin och Frankfurt am Main . Från slutet av 1920-talet började Trinidadian asfalt från Peach Lake användas i gjutblandningar . I början av femtiotalet uppfanns den första stenläggaren för gjuten asfaltbetong. Hösten 1954 testades den mekaniserade beläggningen av gjuten asfaltbetong för första gången på Siemensstrasse i Berlin. [2] Redan på 1960-talet lades gjuten asfaltbetong sömlöst, upp till 12 meter bred, och användningen skiftade mot byggandet av höghastighetsvägar. För den tiden var det största objektet för installation av en beläggning av gjuten asfaltbetong den 38 kilometer långa sektionen av Nürnberg-Frankfurt autobahn från Tenneloe till Schlusselfeld . De tillämpade så kallade "Berlin-recepten", mättade med krossad sten, gav hög strävhet och långvarig slitstyrka. Den då gällande TVbit6/60-standarden förutsåg användningen av bitumen med en penetration på 15 till 65 enheter för gjuten asfaltbetong, eller en blandning av vägbitumen och naturlig Trinidadian asfalt. Tidigare användes för ytbehandling, naturlig sand började ersättas med krossad sten behandlad med bitumen. [2]
Den ryska historien om användningen av gjuten asfalt är först och främst kopplad till upptäckten och utvecklingen av naturliga avlagringar av bitumenhaltiga dolomiter i Volga-regionen , i Syzran -regionen . Reserverna uppskattades till 22 miljarder pund . I Ryssland har asfaltverksamheten utvecklats sedan 1873 , då D. I. Voeikov, tillsammans med zoologen M. N. Bogdanov, upptäckte sandsten impregnerad med naturlig bitumen i Syzran-distriktet. Detta gjorde det möjligt att etablera produktion av tjära och mastix från lokala material av utmärkt kvalitet. Syzran-asfalt var starkare än västeuropeiska motsvarigheter och smälte vid högre temperatur. Naturlig asfalt (bituminösa bergarter) förädlades i betydande mängder till mastix vid fabriker nära byn. Batraki och s. Pechersky Syzran-distriktet, inklusive för gjutning av briketter, som sedan smälts på platsen för läggning i pannor. Båda fabrikerna 1889 producerade 800 tusen pund mastix. Simbirsk asfalt var billigare än utländsk asfalt (i början av 1900-talet kostade 1 pud i genomsnitt 35 kopek), och ansågs vara den bästa i Europa när det gäller kvalitet. I slutet av 1800-talet - tidigt 1900-tal asfalt köptes av sådana städer som Moskva , Kiev , Nizhny Novgorod , Saratov , Astrakhan och andra. [3] Alla de typer av gjutna material som listats ovan hade en avlägsen likhet med de kompositioner som används för närvarande, dock praxis för förbättring av dem, sökandet efter optimala förhållanden mellan mineraldelen och bitumen, ytterligare införande av sand och krossad sten, fortsatte att utvecklas.
Modern forskning av gjuten asfaltbetong i Sovjetunionen utfördes av flera vetenskapliga centra. Men till skillnad från Västtyskland har gjuten asfaltbetong inte använts i stor utsträckning i Sovjetunionen. Utvecklingen av kompositioner och teknik för användning av gjuten asfaltbetong, studiet av spänningstillstånd i flerskiktsstrukturen av brostrukturens beläggning utfördes av framstående forskare, specialister - vägbyggare och brobyggare från State Unitary Enterprise "NIIMOSSTROY", Moscow Automobile and Highway State Technical University (MADI), Institutet "Giprotransmost", Federal State Unitary Enterprise SoyuzdorNII, Saratov State Technical University och många andra.
Huvudprinciperna för klassificeringen av gjuten asfaltbetong är deras uppdelning enligt storleken på den största partikeln som används i sammansättningen av mineralmaterialet ( krossad stenfraktion ); syftet med sammansättningen; läggningsmetod. Som regel används den första av dessa tre principer i världspraxis. Den används i tyska [4] , svenska (BRO 94 "Grundläggande tekniska och strukturella krav för vägar", kapitel 6), österrikiska (ÖNORM EN 13108-6), schweiziska (SN 640440), ryska bestämmelser, samt i Europeiska standarder i serien EN [5] . En klassificering baserad på läggningsmetoden (manuell eller mekaniserad) tillämpas i finska bestämmelser [6] . Till exempel inkluderar den tyska klassificeringen av gjuten asfaltbetong enligt den harmoniserade tyska standarden TL Asphalt-StB 07 6 huvudtyper: MA 11S; MA 8S, MA 5S, MA 11N; MA 8N; MA 5N . [7]
Enligt GOST R 54401 (tabell 1) är gjuten asfaltbetong, beroende på den största kornstorleken på mineraldelen och den avsedda användningen, uppdelad i tre typer.
| Sorts | Maximal kornstorlek på mineraldelen, mm | Innehåll av fraktioner över 5 mm, viktprocent | Rekommenderad beläggningstjocklek, mm | Ändamål |
|---|---|---|---|---|
| jag | tjugo | 30-51 | 40 till 50 | Nybyggnation, översyn och lappning |
| II | femton | 15-30 | 30 till 45 | Nybyggnation, översyn och lappning, trottoarer |
| III | tio | 0-15 | från 20 till 35 | Trottoarer, cykelvägar |
Formgjuten asfaltbetong skiljer sig från traditionell asfaltbetong i sin bitumenhalt ökat till 7,5-10% (i vikt) och andelen mineralpulver ökat till 20-30%. Således ökar halten asfaltbindemedel (nedan ABB), bestående av mineralpulver och bitumen, till 28 % och mer. Halten av krossad sten (korn större än 5 mm) är från 0 till 50 viktprocent, vilket vid en given koncentration orsakar bildandet av en semi-ram och ramlös struktur av asfaltbetong [8] . En central egenskap hos gjuten asfaltbetong är att materialets hållfasthet bestäms av asfaltbindemedlets reologiska egenskaper eller den så kallade mikrostrukturen [8] [9] .
I traditionell packad asfaltbetong spelar den så kallade makrostrukturen (innehållet och formen av krossad sten och sand) en mycket större roll för bildandet av materials fysiska och mekaniska egenskaper [8] . Det ökade innehållet av ABB orsakar flytbarheten av gjutna blandningar, vilket, med korrekt val av sammansättning, gör det möjligt att betrakta detta material praktiskt taget som en trögflytande vätska som inte kan komprimeras.
Den ryska nationella standarden för gjuten asfaltbetong (GOST R 54401-2020) anger kraven för huvudkomponenterna i detta material.
GOST R 54401-2020 :
"Som bindemedel används viskös olja vägbitumen kvaliteter BND 40/60, BND 60/90 enligt GOST 22245, samt modifierade och andra bituminösa bindemedel med förbättrade egenskaper. Vid användning av gjutasfaltbetong på brokonstruktioner, i de övre och nedre skikten av vägytor med hög trafikintensitet och designade axellaster, används polymermodifierad bitumen. I dessa fall ges företräde till polymer-bitumenbindemedel baserade på blocksampolymerer av styren-butadien-styren-typ, kvaliteterna PBV 40 och PBV 60 enligt GOST R 52056. [elva]
Formgjuten asfaltbetong är lågt brännbart, sprider inte lågor [17] , har hälften av värmeledningsförmågan jämfört med betong (0,7-0,9 W/mK), är ång- och ljudisolerande material (ljudreducering upp till 14 dB med ett lager på 35 mm) [18] . De främsta fördelarna med gjuten asfaltbetong jämfört med traditionell komprimerad asfaltbetong producerad i enlighet med GOST 9128-2009 är vattenbeständighet och utmattningslivslängd, vars värde ökar flera gånger när den används som en del av vägbitumen modifierad med termoplastiska elastomerer [15] .
Nackdelar med gjuten asfaltbetong: ökad kostnad för blandningar; behovet av specialutrustning för leverans och placering av material; dålig motståndskraft mot plastspår med otillfredsställande kvalitet på val av sammansättning i laboratoriet eller tekniska fel i produktionen; sprickbildning under vinterperioden vid användning av gjutblandningar av omodifierad bitumen med ett reducerat penetrationsindex (mindre än 50 enheter) och en ökad Fraas sprödhetstemperatur i gjutblandningens sammansättning .
Utbyggnaden av användningen av gjuten asfaltbetong i Ryssland underlättades till stor del av stora broprojekt där beläggnings- och vattentätningssystem arrangerades med gjuten asfaltbetong. Detta är byggandet av en bro över Volga i byn. Pristannoye (2000), Ladoga-bron över floden. Neva nära byn Maryino (1998), byggandet av Big Obukhov kabelstagsbroar i St. Petersburg (2004, 2007), rekonstruktion av Trinity-bron över floden Neva i St. Petersburg (2002), Blagoveshchensky-bron i Petersburg (2008), byggandet av överfartssystem på ringvägen runt St. Petersburg (2008-2010), byggandet av Ulyanovskbron över Volgafloden (2009) och dussintals andra projekt.
Praxis med att använda konstgjorda strukturer visar att hållbarheten på vägytor på vissa stora broar i Ryssland minskar med hälften på 2-5 år. Förstörelsen av brodäckets beläggningsskikt leder till intensiv penetrering av fukt, kemikalier, beläggningsskräp direkt till vattentätningsskikten och skador på de senare. Det otillfredsställande tillståndet för brokörbanan är en av anledningarna till förstörelsen av strukturella delar av konstgjorda betongkonstruktioner, såväl som korrosion av metallen från ortotropiska plattor på vägbanan av metallbroar [23] .
En av anledningarna till beläggningarnas bräcklighet är användningen av en traditionell flerskiktsstruktur på betongöverbyggnader, bestående av olika material: två lager av en beläggning av traditionell komprimerad asfaltbetong (minst 90 mm tjock) i enlighet med GOST 9128 -2009 och en betongarmerad avjämningsmassa som täcker tätskiktet. Vattenbeständigheten hos ett sådant beläggningssystem och graden av vidhäftning mellan skikten är obetydlig, vilket skapar ökade inre spänningar i materialen. Driften av brokonstruktioner under svåra klimatförhållanden, under vibrationsförhållanden och överskott av tillåtna transportbelastningar leder till för tidig förstörelse av sådana system och betydande kostnader för deras reparation.
.
I SP 35.13330.2011. Regler. Broar och rör. Den uppdaterade versionen av SNiP 2.05.03-84* reglerar möjligheten att använda gjuten asfaltbetong som beläggningsmaterial för de nedre och/eller övre skikten av brodäckets beläggning på betong- och metallöverbyggnader [24] . Dokumentet återspeglar inte kraven för den typ av bituminöst bindemedel som används i gjuten asfaltbetong, och användningen av kompakterade blandningar på PMB är förbjuden. Detta förbud överensstämmer inte med den europeiska praxisen att använda polymermodifierad bitumen, begränsar användningen av det i Ryska federationen och minskar också potentiellt hållbarheten hos beläggningar, med hänsyn till Rysslands hårda klimatförhållanden [25] . Gjuten asfaltbetong och gjuten polymerasfaltbetong, på grund av deras inneboende fysikaliska och mekaniska egenskaper, används i stor utsträckning i världens praxis för brobyggande som material för att täcka brodäckets vägbana. Deras användning på betongbrokonstruktioner gör det möjligt att överge den traditionella konstruktionen med en betongmassa, vilket minskar belastningen på spännvidden och ökar livslängden på beläggningar. I många EU-länder ( Tyskland , Österrike , Nederländerna , Ungern , Finland , Sverige , etc.) betraktas också gjuten asfaltbetong som en viktig del av tätskiktssystemet, applicerat direkt på det huvudsakliga tätskiktsmaterialet och säkerställer gemensam drift av beläggning och påbyggnader på grund av hög vidhäftningsgrad.
De tyska nationella bestämmelserna för installation av beläggningar och vattentätning av konstgjorda strukturer föreskriver obligatorisk användning av gjuten polymerasfaltbetong som ett skyddande skikt av vattentätning [26] [27] . I Tyskland, användningen av ett vattentätningssystem i flera nivåer på brokonstruktioner av metall och betong, bestående av en primer (bitumenhaltig eller epoxi), ett skyddande limskikt (svetsad rullad väv eller polymer-bitumensubstans) och gjuten asfaltbetong , gör att vi kan förvänta oss livslängden för sådana system utan större reparationer upp till 30 år och mer.
Årligen, enligt data från International Mastic Asphalt Concrete Association (nedan kallad IMAA) [28] produceras från 800 tusen till 1 miljon ton gjutna asfaltbetongblandningar i Europa . Ryssland har varit med i IMAA sedan 2004. Tyskland (389 728 ton 2009) och Frankrike (216 505 ton 2009) är de största europeiska tillverkarna av MAP och står för mer än hälften av den årliga totala produktionen. Cirka 50 % av all gjuten asfaltbetong som produceras i Europa används som vattentätningsmaterial, inklusive som en del av tätskiktssystemet för brokonstruktioner [28] .
Produktionsvolymen i Ryssland 2010 uppskattas till 45-50 tusen ton. Det mesta av denna volym produceras i St Petersburg (från 30 till 35 tusen ton årligen), och gjuten asfaltbetong tillverkas med hjälp av bitumen modifierad med polymerer. Gigasfaltbetong används i stor utsträckning vid konstruktionen av Western High Speed Diameter , där den används i de redan konstruerade bocksektionerna som ett skyddande vattentätande lager.
Tillverkningen av gjutna asfaltblandningar sker på moderna satsasfaltsblandningsanläggningar. Blandningen transporteras till läggningsplatsen i speciella värmeisolerade blandare som kallas kochers ( tyska: Kocher - panna, matlagningsapparat), utrustade med tvångsblandningssystem och bibehåller den inställda temperaturen. I upphettat tillstånd lastas blandningen av på den beredda basen i en flytande eller viskös-flytande konsistens, följt av manuell eller mekanisk utjämning. Gjuten asfaltblandning läggs vid en temperatur av 190 till 250ºС med en skikttjocklek på 2,0 till 5,0 cm (med en vikt av den utlagda beläggningen från 50 till 125 kg/m 2 respektive).
En integrerad del av tekniken för toppskikt av gjutna asfaltbetongbeläggningar är processen att skapa en grov yta med en lämplig vidhäftningskoefficient genom ytbehandling. Under ryska driftsförhållanden skyddar ytbehandling med krossad sten dessutom gjuten asfaltbetong från nötande slitage under påverkan av dubbade bildäck. På vägytor utförs bearbetning genom att bädda in fraktionerad krossad sten med en partikelstorlek på 5-10 mm eller 5-20 (10-15) mm i ytan av en fortfarande het asfaltbetongblandning. För ytterligare inbäddning av krossad sten används lätta släta rullar. Vid läggning av trottoar och golvbeläggningar i rum utförs bearbetning med en spridning av naturlig eller fraktionerad krossad sand [29] .
För närvarande, i Ryska federationen, bestäms listan över metoder för att testa gjuten asfaltbetong av standarderna för organisationer som utvecklats av tillverkare eller tekniska villkor , vars skyldigheter för användning övertas av tillverkaren. Gjuten asfaltbetong i Ryssland testas för värdet av mineralkärnans porositet, restporositet, vattenmättnad, bestämning av klyvhållfastheten vid 0 °C, tryckhållfasthet vid 50 °C, bearbetbarhet. I EU-länderna innehåller kraven för gjuten asfaltbetong funktionskrav och innehåller som regel inga specifika numeriska värden på indikatorer på fysiska och mekaniska egenskaper, begränsat till klassificering enligt ett stort antal kvalitetskriterier [30 ] . Det slutliga värdet för den eller den indikatorn på egenskaperna hos gjuten asfaltbetong bestäms i konstruktionsdokumentationen för byggarbetsplatsen eller kan deklareras av nationella bilagor till den europeiska standarden (Nationally Determined Parameters) [31] , såväl som av tillverkare. Den huvudsakliga metoden för att bestämma de reologiska egenskaperna hos gjuten asfaltbetong i de flesta länder i världen är att bestämma djupet av intrycket (penetration) i ett prov av en platt stämpel med en yta på 5 cm² vid en konstant vertikal belastning (52,5) kg). Testet utförs på 7,07 x 7,07 x 7,07 cm kuber av material vid en temperatur av +40 °C under 30 minuter. Mängden deformation av provet under påverkan av belastningen mäts med en noggrannhet på 0,01 mm. Den europeiska testproceduren är baserad på den tyska metoden som anges i DIN 1996, kapitel 13.
I maj 2012 trädde ryska standarder för gjuten asfaltbetong i kraft - GOST R 54400-2001 "Varmgjuten vägasfalt. Testmetoder” och GOST R 54401-2011 ”Väggjuten varm asfaltbetong. Tekniska krav". Standarderna är harmoniserade med europeiska regler [32] . För närvarande finns det ett antal dokument i Ryssland som definierar de tekniska och tekniska kraven för materialet och metoderna för läggningsarbete: organisationsstandarder, specifikationer, tekniska rekommendationer, avdelningsbyggnadskoder. De mest kända dokumenten som definierar en uppsättning krav för gjuten asfaltbetong är TU 400-24-158-89 * och TU 5718-002-04000633-2006 (GUP "NIIMOSSTROY") [33] . Dessa dokument kritiseras när det gäller klassificeringen av gjuten asfaltbetong som presenteras i dem och metoderna för deras testning av anhängare av uppdatering av Ryska federationens regelverk och dess harmonisering med europeiska tekniska standarder. I Europeiska unionen definierar normativa dokument EN 13108-6:2006, EN 12697-20:2003, EN 13108-20:2006 de grundläggande kraven för gjuten asfaltbetong och vissa testmetoder.