Холодный ресайклинг: практика применения на российских дорогах

Львиная доля затрат при производстве работ по строительству и ремонту автодорог – это дорожно-строительные материалы. С учетом того, что цены постоянно растут, а в некоторых регионах отсутствуют мощности и организации, которые производят стройматериалы, на первый план выходит необходимость применения технологий, которые позволяют минимизировать объем материалов. Такой технологией как раз является холодный ресайклинг.

Согласно определению по ОДМ 218.6.1.005-2021, холодная регенерация (ресайклинг) – метод повторного использования переработанного асфальтобетона и/или асфальтобетонного гранулята, предусматривающий введение вяжущего, а при необходимости – скелетного материала, воды и других добавок, перемешивание всех компонентов, распределение и уплотнение смеси. ХР может осуществляться с применением холодного фрезерования, а также посредством перемешивания компонентов в смесительных установках.

«В новых проектах технологии холодного ресайклинга, повторного использования являются приоритетными. Здесь много задач, связанных и с техникой. Одно приятно, что у нас есть нормативная база, есть большой опыт в стране и не только по холодному ресайклингу, но и по работе с грунтами с укрепленными и с улучшенными»

По словам заместителя главного инженера ФКУ «Волго-Вятскуправтодор» Ольги Воробьевой, первые объекты с применением холодного ресайклинга в России были еще в 1990-х годах. На дорогах федерального значения технологию начали применять в 2002 году – это были пилотные проекты в Республике Татарстан, в полном объеме на объектах ремонта, капитального ремонта и реконструкции в регионе ее начали использовать в 2016 году (один из примеров: участок трассы Р-239 «Казань – Оренбург» со 164-го по 175-й км). С 2014 года холодный ресайклинг применяется в Республике Саха (Якутия) и в целом на Дальнем Востоке, с 2016-го – в Краснодарском крае, с 2017-го – в Республике Марий Эл, с 2018-го – в Республике Башкортостан.

Практика применения холодного ресайклинга в России

Ольга Воробьева отметила, что за последние годы технология холодного ресайклинга набрала большой рост: она используется и при ремонте, и при капремонте, и при реконструкции. В зависимости от толщины существующего асфальтобетонного покрытия выделяют два типа ресайклинга: на полную глубину (с захватыванием нижнего слоя основания под асфальтом) и на неполную глубину, когда под новым регенерируемым слоем остается слой старого асфальта.

«Преимущество применения ресайклинга, в первую очередь, заключается в том, что при ремонте автомобильной дороги мы исключаем практически все проблемные моменты и дефекты, которые имелись в старом покрытии, в том числе ямочность, искривление профиля и устранение разнопрочности. Что я имею в виду: за период эксплуатации автомобильной дороги происходит ее какой-то ремонт, в том числе ямочный – происходит он абсолютно разными составами, поэтому мы с вами наблюдаем «лоскутное» состояние. Холодный ресайклинг на полную глубину – это самый эффективный метод в пересчете на срок эксплуатации, самый эффективный метод использования бюджетных средств нашего государства»

В зависимости от применяемых вяжущих материалов выделяют следующие виды ресайклинга: на минеральном вяжущем (цемент, известь, зола уноса, шлак), на органическом вяжущем (битумная эмульсия или вспененный битум), на комплексном вяжущем (минеральное и органическое вяжущее). И тут возникает вопрос: какое вяжущее лучше всего использовать на том или ином объекте? По словам спикера, чтобы выбрать вяжущее, нужно, в первую очередь, понимать, какими свойствами оно обладает. Так, цемент может работать как вяжущее или как блокатор излишнего органического вяжущего, предотвращая образование колеи по вновь уложенному слою. Рекомендованное количество добавления – в пределах от 2 до 5 %, точное число определяется путем лабораторного подбора с учетом требуемых прочностных характеристик и количества вновь добавляемых материалов.

«И здесь надо быть очень аккуратными в части того, что вот это маленькое количество (2-5 %) не делает из нашего слоя бетон. То есть добавление цемента в такие технологии не равно получение бетона»

Крайне редко в новую смесь по технологии холодного ресайклинга добавляют известь. Ее задача – снизить негативное влияние повышенного содержания органического вяжущего в существующем асфальтобетоне, если оно превышает допустимые значения. Кроме того, известь может быть применена при условии производства ресайклинга на полную глубину, если при этом в основании слоев существующего асфальтобетона находятся высоко пластичные грунты, например глины, суглинки или щебеночно-песчаные смеси с глинистым заполнителем. Еще один вариант применения – когда слой и материал, с которым требуется работать, переувлажнен. В этом случает известь будет удалять воду.

Также используются зола уноса и шлак. В зависимости от степени активности эти компоненты могут работать как вяжущее или как наполнитель улучшающий зерновой состав смеси. При этом необходимо учитывать, что некоторые малоактивные золы или шлаки при вводе в состав цемента могут активироваться и усиливать свои свойства.

Следующий вид – органические вяжущие. Самые распространенные – это битумные эмульсии и вспененный битум, которые вводятся в состав для снижения трещинообразования в слое. Для ресайклинга применяется битумная эмульсия ЭБДК М/ЭБДПДК М по ГОСТ Р 58921.1-2020. Спикер обратила внимание на важный момент: при работе с эмульсиями необходимо контролировать процесс смешения материалов – не должно образовываться комочков битумной эмульсии с мелким заполнителем.

«Битумная эмульсия, как правило, должна быть применена медленнораспадающаяся, даже не среднераспадающаяся, хотя она тоже рекомендована к применению. Но исходя из практики – только медленнораспадающаяся эмульсия. И обязательно, когда работаем с битумными эмульсиями, должны лабораторно подтверждать, как эмульсия распределяется по составу, который мы подбираем. Она не должна комковаться и отдельно смешиваться с мелкими минеральными заполнителями»

Также применяются химические вяжущие – это химические реагенты, полимеры органического и неорганического происхождения. Они используются редко, в основном в случае получения негативных прочностных результатов с обычными типами вяжущих. Приоритетная задача такого вяжущего – изменение гидрофобности смеси или создание в смеси скелета из частиц, которые воспринимали бы нагрузки изгиба и растяжения без проявления трещинообразования.

Самые распространенные на сегодняшний день – комплексные вяжущие. Это смесь минеральных вяжущих с органическими или с химическими добавками. Чаще всего используется смесь цемента и битумной эмульсии в разном процентном соотношении, либо цемента и вспененного битума.

В рамках своего выступления Ольга Воробьева дала рекомендации по подбору состава для применения технологии холодного ресайклинга. В первую очередь она посоветовала произвести осмотр участка автодороги, на котором планируется применить данную технологию и выявить места разрушений, которые его характеризуют. Если это, к примеру, «лоскутное» состояние, то рекомендуется рассмотреть вариант предварительного рыхления и перемешивания асфальтобетона до того, как вводить туда вяжущее. При усталостном разрушении лучше производить ресайклинг на полную глубину, чтобы в новом покрытии не сохранились напряжения, образовавшиеся в старом асфальте. Если есть места пучинообразования, то обязательно в ведомостях или в проекте нужно предусматривать мероприятия по их устранению.

Следующий шаг – определить места отбора проб и отобрать керны на всю глубину слоев асфальтобетона, если такое возможно. По словам спикера, их следует отбирать диаметром не менее 150 мм, на максимальную глубину. Нельзя отбирать керны по оси проезжей части, лучше – в колее или в полуметре к оси от колеи, но не на обочине, так как они неинформативны. Затем следует произвести замеры толщин слоев в выбуренных кернах, визуально оценить толщины всех слоев, которыми сложена автомобильная дорога, после этого провести отделение верхнего слоя асфальтобетонной смеси от остальной части керна и провести его оценку отдельно (определить количество остаточного битума и зерновой состав).

Далее – выжечь из образцов битумную часть и определить содержание остаточного вяжущего или провести экстрагирование битума, выполнить рассев минеральной части и определить содержание щебня в существующем асфальтобетоне. В итоге будет получено количество остаточного вяжущего – надо определить его зерновой состав. Если число щебня размером свыше 4 мм в зерновом составе существующего асфальтобетона менее 50 %, то в таком случае требуется ввод крупного заполнителя, исходя из недостатка по фракциям, но не более 20 % (общее значение щебня в смеси не должно превышать 70-75 %). Если щебня размером свыше 4 мм примерно 50-60 %, то можно вводить крупный заполнитель, исходя из недостатка по фракциям в объеме 10-15 %. Если более 60 % – можно не вводить крупный заполнитель. Смесь в итоге должна соответствовать по зерновому составу требованиям нормативного документа, по которому производится подбор состава (ГОСТ Р 70197.1-2022, ОДМ 218.6.1.005-2021).

Следующий важный момент, на который стоит обратить внимание, – содержание остаточного вяжущего в существующем асфальтобетоне. Если его менее 5 %, то возможен ввод органического вяжущего, при этом процент вновь вводимого вяжущего совместно с остаточным не должен превышать 5 % содержания в новой смеси. Если более 5 % и требуется добавление нового минерального материала (щебня), то процент вновь вводимого органического вяжущего совместно с остаточным не должен превышать 5 % содержания в новой смеси. Если содержание остаточного вяжущего – более 5 % и не требуется новый минеральный материал, то рекомендовано вводить минеральные вяжущие (цемент или известь) в процентном соотношении достаточные для снижения количества органического вяжущего до 5 %, иначе будет колея.

Спикер также дала практические рекомендации применения технологии холодного ресайклинга. Во-первых, при расчете конструкции дорожной одежды с применением ресайклинга не на полную глубину следует снижать прочность остаточного слоя асфальтобетона минимум на 50 % (если оставшийся слой менее 5 см, то лучше вообще его не учитывать) или проводить измерения модуля упругости статическим методом и таким образом загружать данные в проект.

Второй момент: согласно ГОСТ Р 70197.3-2022 п. 5.3.2 рекомендуемая толщина рециклируемого слоя дорожной одежды не более 15 см, не менее 6 см для ОМС 16 и не менее 8 см для ОМС 32. Однако, как показывает практика, оптимального перемешивания смеси в камере ресайклера можно добиться при минимальной толщине в 15 см. Также необходимо учитывать, что технология холодного ресайклинга заключается в создании каркаса из минерального материала связанного между собой только на контакте. Количество вяжущих материалов в смеси слишком мало, битумная эмульсия состоит из воды на 40-50 % и битума, в составах ее значение начинается от 2 % до 6 %, цемента в такие смеси требуется 3-4 %, таким образом толщина вновь устраиваемого слоя в 6 см или 8 см не сможет качественно распределять нагрузку на дорогу. В связи с этим спикер предложила внести изменения в ГОСТ Р 70197.3-2022.

«В целом ГОСТ Р 70197 достаточно хорош, там очень подробно многие вещи описаны. Конечно, нужно проводить контроль качества смеси. <…> И еще что хочется сказать – данная технология относится к тонким технологиям и требует к себе очень пристального внимания, в том числе требует укладки гидроизоляционного материала поверх. Часто есть такая ошибка, когда делают ресайклинг или регенерацию, запускают движение машин и говорят, что на низкой категории это все выстоит. Нет, без гидроизоляции это долго стоять не будет, а потом и у заказчика, и у подрядчика будут проблемы»

Спикер также обратила внимание на особенности применения данной технологии. Во-первых, применение известкового щебеночного материала (осадочные породы с активным или не активным кальцием) требует увеличения количества битумной эмульсии в составах, где применяется органическое или комплексное вяжущее. Второе – применение шлакового (иногда активного шлакового) щебня требует аккуратного ввода дополнительного минерального вяжущего, поскольку высокое содержание активного кальция может привести к растрескиванию уложенного слоя. Третье – технология ресайклинга часто требует очень аккуратного и точного ввода вяжущих материалов. Переизбыток, как и недостаточное содержание, может привести к непоправимым последствиям, в том числе к колее (причина – переизбыток битума) и растрескивание (переизбыток минерального вяжущего).

Опыт дорожной компании

Начальник отдела контроля качества ООО «Технострой» Андрей Сотников рассказал о практике переработки асфальтобетонного покрытия методом холодного ресайклинга (холодной регенерации) – компания имеет богатый опыт холодного ресайлинга на месте. По словам спикера, при ремонте дорог с укладкой асфальтобетонного покрытия поверх старой дорожной одежды исправляется примерно 50 % колейности, а отраженные трещины в будущем снова появятся на покрытии. Если отфрезеровать старое асфальтобетонное покрытие для увеличения продольной и поперечной ровности, а затем устроить новый слой асфальтобетонного покрытия, то будет ликвидирована колея, увеличена ровность, однако, отраженные трещины в будущем снова появятся. И только применение холодной регенерации позволит полностью убрать отраженные трещины и колейность, при этом сохранить ровность в нормативе.

«Технострой» использует два метода устройства холодной регенерации – это смешение на дороге фрезами-ресайклерами ROADTEC и смешение в автономной смесительной установке типа KMA-220 WIRTGEN. Андрей Сотников выделил несколько преимуществ холодного ресайклинга. Во-первых, это возможность оперативно производить ремонт дорог с различными повреждениями, существенно сокращая сроки работ. Во-вторых, технология значительно сокращает затраты на ремонт разрушенных асфальтобетонных покрытий за счет использования каменных материалов и вяжущего, присутствующих в дорожном покрытии, следовательно, образуется экономия на стоимости закупки и доставки новых материалов. В-третьих, при использовании технологии холодной регенерации получается покрытие с длительным сроком службы за счет восстановления монолитности пакета асфальтобетонных слоев дорожной одежды, устранения трещин в старом покрытии, и, как следствие, исключение появления отраженных трещин в укладываемых поверх слоях покрытия. Устройство нижнего слоя покрытия из органоминеральной смеси, выполненного методом холодного ресайклинга, не уступает прочностным показателям нижних слоев покрытия дорожной одежды, выполненных традиционными методами производства работ.

«Хотел затронуть две проблемы, с которыми мы столкнулись при использовании технологии холодной регенерации на дорогах. Первое – когда в проекте указывается требуемое количество материала, и от этого никак нельзя отойти. Хотя изначально, по методическим рекомендациям, асфальтогранулобетонная смесь должна была соответствовать гранулометрическому составу асфальтобетонной смеси крупнозернистой, пористой. Из-за добавления 20-40 % она никак не будет соответствовать данной смеси. И вторая проблема – взятие кернов с покрытия. В смесях без цемента практически нереально взять керны с помощью традиционных керноотборников, так как создание центробежной силы в коронке разрушает сразу керн. Мы пробовали взять после укладки асфальтобетонного покрытия, то же самое: все налипает на коронки. Единственный выход – брать циркулярную пилу с алмазным диском и выпиливать старым способом «квадраты» для испытаний, но из них половина тоже разрушится. С цементом стало попроще, но проблема решилась при большом количестве цемента (более 2 %) – так керны уже лучше отделяются»

Мониторинг результатов применения технологии

Технология холодного ресайклинга подразумевает индивидуальный подход к проектированию, отметил заместитель директора Ассоциации «РОСАсфальт» Сергей Алехин. Это значит, что для применения этого метода требуется провести тщательный анализ текущих условий, в частности, понять, какой состав у асфальтобетонной смеси, которая уложена на существующей дороге, какова толщина слоя и пр. Далее следует провести тщательный подбор составов, исходя из полученных результатов, а также разработать схемы производства работ и определить объемы. По словам спикера, при применении данной технологии требуется значительный объем полевых и лабораторных испытаний, а если эти работы не будут проведены или проведены не в полной мере, может потребоваться дальнейшая корректировка проектных решений.

Несмотря на то, что технология достаточно широко распространена и давно известна, системный мониторинг результатов ее практического применения не проводился. На основании этого Федеральным дорожным агентством была объявлена научно-исследовательская работа (НИР) по теме «Исследования и анализ практики применения технологии холодного ресайклинга при проведении работ по строительству, реконструкции и капитальному ремонту слоев дорожных одежд с разработкой предложений по развитию практики применения данной технологии». Основным исполнительным являлась Ассоциация «РОСАсфальт» в сотрудничестве с АНО «НИИ ТСК» и Российским университетом транспорта (МИИТ).

Согласно техническому заданию, НИР проводилась в три этапа в 2022-2024 годах: в рамках первого выполнили анализ нормативно-технической документации (НТД), разработку программы исследований, формирование запроса об объектах в Федеральные казенные учреждения, на которых планируется применение технологии холодного ресайклинга. Вторым этапом провели сбор данных и анализ проектно-сметной документации, сделали выборочный мониторинг, включая оценку несущей способности, произвели отбор проб (кернов). В рамках третьего этапа провели анализ результатов мониторинга, анализ рынка машин и механизмов, оценку экономической эффективности, а также разработали предложения по развитию практики применения технологии.

«Была изучена информация о 31 объекте, на которых планировалось применять данную технологию. В результате обсуждений по согласованию с заказчиком были выбраны пять объектов во второй, третьей и четвертой дорожно-климатических зонах для последующего анализа в рамках выполнения работ. При анализе проектно-сметной и технической документации была собрана информация о применяемых материалах, в рамках мониторинга применения технологии с оценкой несущей способности дорожной одежды на всех пяти объектах были выявлены некритические нарушения технологии, однако отбор проб и изучение полученных материалов при оценке их физико-механических свойств показало, что материалы на всех пяти объектах соответствуют требованиям нормативно-технических документов»

В результате анализа проектно-сметной и технической документации было выявлено большое количество замечаний. Одно из них – применение устаревших или не действующих нормативно-технических документов. Спикер отметил, что проектирование проходило до утверждения нового комплекса стандартов, однако подбор смесей и утверждение составов происходило уже после введения новых нормативных документов. Еще одно замечание – различные наименования смесей и ее компонентов в документах (например, в проекте указан материал одной марки, в составе – другой). Также были многочисленные нарушения технологии в проекте производства работ – это, во-первых, несоблюдение дозировок исходных компонентов. Второе – когда проектом предусмотрена технология приготовления на стационарных установках, а по факту выполнена на месте с помощью ресайклера. Третье – в большинстве рассмотренных документов отсутствовали мероприятия по уходу за слоем.

В ходе третьего этапа научно-исследовательской работы специалисты проанализировали результаты мониторинга и дали рекомендации по использованию технологии холодного ресайклинга. К каким выводам пришли в результате проведенной НИР? Первое – проектирование конструкции дорожной одежды и подбор смесей проводился, в большинстве случаев, в соответствие с ОДМ 218.6.1.005-2021 и ПНСТ 632-2022. Второе – отмечается низкий уровень подготовки проектной и технической документации, которые зачастую имеют противоречия друг с другом и действующими нормативно-техническими документами. Третье – применение вторичного асфальтобетона в смесях составляло от 27 % до 70 %, в большинстве случаев в проектах указывались конкретные дозировки исходных материалов. Четвертое – производство работ осуществлялось преимущественно с помощью передвижных комплексов, только на одном объекте была специальная установка.

Предложения по развитию практики применения технологии холодного ресайклинга

Заместитель директора Ассоциации «РОСАсфальт» Сергей Алехин рассказал, что после выполненной научно-исследовательской работы были сформулированы предложения по развитию практики применения технологии холодного ресайклинга. Первое из них – разработать меры по поддержке отечественных производителей техники и комплектующих.

«В рамках работ велся учет всей техники, которая использовалась на данных объектах. И что касается ресайклеров – это были исключительно импортные машины, только одна единственная установка – отечественного производства. На третьем этапе проводился еще анализ существующего рынка, что подтвердило отсутствие отечественных ресайклеров и, к сожалению, даже на других конференциях слышал, что идут работы по разработке основных узлов, но как такого отечественного ресайклера еще нет»

Второе предложение – при проектировании составов органоминеральных смесей использовать максимально возможное содержание вторичного асфальтобетона. Спикер отметил, что использование асфальтовой крошки как материала, который практически ничего не стоит и лежит на дороге, и его повторное использование, представляет не только экономический интерес, но и несет пользу с точки зрения утилизации отходов. Третье – необходимо повышать уровень квалификации сотрудников проектных институтов и организаций, занимающихся разработкой проектов и рабочей документации, а также повышать уровень квалификации сотрудников подрядных организаций, выполняющих работы по технологии холодного ресайклинга (сотрудники лабораторий, инженерно-технических работников, машинистов специализированной техники).

Еще одно предложение – не указывать в проектно-сметной документации конкретные дозировки исходных материалов, а проектирование составов смесей проводить в лабораторных условиях, с последующим согласованием подобранного рецепта органоминеральной смеси с заказчиком. И, наконец, последнее – отменить действие ОДМ 218.6.1.005-2021, так как разработанный комплекс ГОСТ Р вполне учитывает положение данного документа. Более того, этот комплекс документов является продолжением и развитием этой технологии в будущем.

«Поэтому чтобы избежать некорректных проектных решений, а также сложности при реализации данной технологии было рекомендовано Федеральному дорожному агентству отменить действие ОДМ»

Добавим, конференция «Асфальтобетон» – ежегодное мероприятие, по итогам которого формируется резолюция с актуальными предложениями для развития дорожного-транспортного комплекса страны. В этом году конференция прошла 6 и 7 февраля в Санкт-Петербурге. Представители крупнейших дорожно-строительных организаций и их коллеги из дорожной отрасли поделились своим практическим опытом и обсудили вопросы, касающиеся асфальтобетонов, современных требований к смесям в новых национальных стандартах, а также вопросы повышения качества на разных стадиях производства и укладки асфальтобетонных смесей. Так, в рамках мероприятия стало известно, какая ведется научная работа в части асфальтобетонных смесей.