Статистика последних лет показывает, что объемы и темпы устройства асфальтобетонных покрытий на российских дорожных объектах пока существенным образом отстают от подобных показателей наиболее развитых стран мира. Дорожная отрасль США ежегодно укладывает около 450 млн тонн асфальтобетонных смесей, европейских стран – примерно 270 млн тонн, а России – только около 50 млн. При этом развитая сеть и высокая производительность АБЗ вкупе с совершенной укладочной и уплотняющей техникой позволяют американцам вести укладку асфальтобетонных покрытий по скоростной технологии (средняя рабочая скорость их укладчиков, как правило, держится в пределах 5 – 10 м/мин).
В Европе, где сеть АБЗ по своей производительности менее приспособлена к высоким темпам работы дорожников, средняя скорость укладки не превышает 5–6 м/мин. Поэтому производительность труда на этой операции в Германии, Италии, Франции и других европейских странах в 2–3 раза ниже, а стоимость укладки 1 т смеси почти в 2 раза выше, чем в США. В России же средняя скорость укладки асфальтобетона не более 2–3 м/мин, хотя многие отечественные подрядчики используют купленные в Европе и Америке укладчики и катки.
Такое положение с объемами выпуска асфальтобетонных смесей в России объясняется, главным образом, незначительной общей потребностью в ней для того еще малого количества объектов и объемов их финансирования, которые дорожная отрасль способна обеспечить из своего пока «скудного» бюджета (всего 7 млрд USD в год, а в США или Японии – более 100).
И хотя по этой причине в ряде мест и регионов наблюдается явный недогруз существующих АБЗ (сейчас использование их мощностей не превышает 40–50%, общая тенденция к росту их количества и повышению единичной мощности все еще сохраняется, правда, с некоторым замедлением в последнее время. Целый ряд подрядчиков, например в Ленинградской области и Санкт-Петербурге, уже обзавелись собственными асфальтосмесительными установками зарубежных фирм Amman, Benninghofen, Kolattikone, Marini, Rincheval, Ermont, Саста и др. с производительностью до 160–240 т/ч. А ведь лет пять назад средняя производительность одной такой установки на более 20 АБЗ Ленинградской области составляла всего 42,5 т/ч, причем самая крупная из них могла выпускать не более 80–100 т/ч.
И все же возрастающая сеть с более мощными АБЗ не всегда территориально может совпадать с местоположением некоторых крупных дорожных строек. Подрядчики порой вынуждены вблизи них развертывать новые АБЗ или перебазировать существующие установки. Причем такие масштабные и значимые стройки требуют более интенсивного выполнения запроектированных работ, чтобы не стать очередным дорожным «долгостроем». Заказчик чаще всего ориентирует подрядчика на вахтовый (круглосуточный) метод ведения работ.
Поэтому иногда перед подрядчиками возникает задача практического повышения темпов устройства асфальтобетонных покрытий и обеспечения стройки значительными объемами смеси в короткие сроки, с тем чтобы эти «теплолюбивые» работы можно было завершить в основном в летнее время, не «влезая» в осеннее ненастье или не начиная их ранней, еще холодной весной, что, как известно, может сопровождаться определенными потерями качества устраиваемых покрытий.
Анализ и осмысление путей решения этой сложной и важной задачи показывают, что повысить объемы выпуска асфальтобетона на существующих смесительных установках можно практически до 1,5 раз, не наращивая мощностей АБЗ и не приобретая новых дорогостоящих установок. Почему в 1,5, а не в 2–3 раза? Потому что, во-первых, за счет имеющихся резервов у укладчиков и ударно-вибрационных катков можно тоже увеличить среднюю скорость укладки покрытий до 1,5–2 раз, доведя ее до 4–5 м/мин. Во-вторых, потому, что АБЗ и укладочный отряд машин являются отдельными, но взаимосвязанными звеньями единой технологической цепи, в которой АБЗ является ведущим звеном, а укладочный отряд – вспомогательным (по канонам технологии его производительность должна быть больше производительности АБЗ на 15–20 %, чтобы не сдерживать работу ведущего звена).
Каким же образом подрядчик, выполняющий свои работы вахтовым методом, может «заставить АБЗ трудиться» тоже чуть ли не круглосуточно? Ведь укладка смеси в покрытие осуществляется в светлое время суток. Поэтому АБЗ и готовит смесь, как правило, с 6–7 до 19–20 часов, т. е. около 12–13 часов с учетом требующихся еще 1,5–2 часов на ее доставку, укладку и укатку. Другую (темную) половину суток «фабрика смеси» не работает, хотя могла бы давать если не 100%, то уж не менее 50% дневной выработки.
Расчеты и реальная практика показывают, что смесительная установка с максимальной производительностью, к примеру 160 т/ч с учетом условий ее эксплуатации, за 12 дневных часов способна выпускать около 1500 т смеси, а за 6–7 ночных часов может дать еще 700–800 т, что в итоге за сутки составит 2200–2300 т, или в 1,5 раза больше дневной выработки.
Смесь, дополнительно выработанную в вечернее или ночное время, следует складировать в специальные накопительные бункера и расходовать с наступлением очередного рабочего дня.
Конечно, идея не нова. Дорожники многих стран, в том числе и России, знают о достоинствах таких бункеров и о появляющихся за счет них преимуществах в организации и технологии выпуска смеси и устройства асфальтобетонных покрытий. Здесь, однако, возврат к идее накопительных бункеров имеет другую технологическую основу и другое их практическое предназначение, чем раньше. Вообще бункера на АБЗ можно подразделить на так называемые уравнительные (их на сегодня большинство) и накопительные (еще мало). Уравнительные выполняют основную функцию, связанную с выравниванием ритма работы смесительного агрегата АБЗ и автотранспорта, сводя к минимуму возможные их остановки и простои. Накопительный же бункер предназначен для длительного хранения смеси без заметного изменения ее основных свойств. Оба типа бункеров конструктивно отличаются друг от друга.
Попытки сохранять смесь продолжительный период в уравнительных бункерах делались неоднократно и во многих странах. Однако это оказалось нецелесообразным потому, что смесь после хранения имела плохие свойства и быстро разрушалась в покрытии. Хотя сами бункера имели хорошую теплоизоляцию и сохраняли нужную температуру смеси. Причина – существенное окисление битума с соответствующим снижением качества и свойств асфальтобетона.
Пришлось дорожникам от такой технологии накопления и хранения смеси отказаться. И сейчас большинство смесительных установок агрегатируется в основном уравнительными бункерами емкостью, как правило, не превышающей часовую производительность. Срок пребывания смеси в таком бункере ограничен одним или максимум двумя часами из-за все того же окисления битума.
Окисление – химический процесс соединения молекул углерода и водорода битума с кислородом воздуха, и его результат, коксование битума, подобен ржавчине при окислении металла. Так же как и металл, битум окисляется всегда, везде и при любой температуре, лишь бы был доступ кислорода. Но скорость окисления может быть разной, а сам процесс соответственно быстрым или продолжительным. Поэтому битум в смеси, уложенной в покрытие дороги с начальной пенетрацией, например, 60/90 единиц, будет окисляться до тех пор (13–15 лет), пока его пенетрация не снизится до уровня 10–15 единиц. После этого асфальтобетон в покрытии станет хрупким, ломким и легкоразрушаемым.
Конечно, окисление битума на дороге идет медленно, так как в плотных слоях покрытия он почти полностью защищен от воздействия кислорода и его температура относительно низка. Другое дело, изготовление асфальтобетонной смеси на АБЗ, ее хранение в бункере, перевозка в автосамосвале и укладка на дороге. В этих процессах и операциях действуют все три фактора, наиболее сильно влияющие на окисление, – высокая температура, время и доступ кислорода. И особенно существенным и пагубно влияющим в условиях высоких температур оказывается контакт битума с кислородом воздуха, больше всего понижающим показатели его пенетрации.
Фактор времени тоже вносит свою «лепту» в ухудшение свойств битума и смеси. Если в свежей смеси после укладки в дорогу показатель пенетрации битума составляет, например, 55–60 единиц, то после пяти лет эксплуатации покрытия он может понизиться до 40–45, после десяти лет – до 25–30 и после 15 лет – до 10–15 единиц. Практическое влияние фактора температуры тоже достаточно заметно, но оно своеобразно. До 93°С окисление битума идет с нарастанием темпов, но затем на каждую прибавку в 14°С скорость химической реакции окисления удваивается. При 149°С она будет идти в два раза, а при 163°С – в четыре раза быстрее, чем при температуре 135°C. Поэтому «злоупотреблять» слишком высокой температурой битума и смеси опасно и не следует.
Специальные исследования американских специалистов на АБЗ и дороге показали, что на некоторых операциях невозможно избежать окисления битума и снижения его показателей пенетрации. Оно всегда будет при перемешивании смеси в мешалке (потеря пенетрации до 10 единиц), при ее перевозке и укладке в покрытие (еще 10 единиц). А вот при хранении смеси в бункере, в котором снижение пенетрации может быть значительно большим (до 20 единиц и более), оказалось возможным свести его практически к нулю, если исключить постоянное попадание в бункер кислорода воздуха.
Многолетняя и многократная проверка эффективности таких накопительных бункеров показала, что пенетрация битума и показатели других свойств смеси, уложенной укладчиком в дорогу и привезенной из накопительного бункера и прямо из-под мешалки, практически одинаковы. Причем, несмотря на длительный срок хранения смеси в бункере (7–10 дней). Поэтому Astec при поставке своих бункеров дорожным подрядчикам дает четырехсуточную гарантию на хранение смеси без снижения ее свойств и температуры. Емкость выпускаемых фирмой бункеров варьируется от 100 до 600 т, высотой от 13 до 18 метров (рис. 2).
Следует отметить, что для асфальтобетонных работ, выполняемых в России по традиционным технологическим схемам и темпам, надобность в хранении смеси до 3–4 суток может практически и не возникнуть, а до 1–2 суток– не так уж часто. К примеру, подмосковный АБЗ треста «Центродорстрой» (мобильный, непрерывного действия, производительностью 320 т/ч, с накопительным бункером около 100 тонн), приобретенный у фирмы Astec, за 3 года эксплуатации только один раз хранил смесь в бункере в течение суток. Потребности в более частом и продолжительном хранении не возникало. Кстати, лабораторная проверка не обнаружила изменений температуры и качеств смеси после суточного ее пребывания в бункере.
Очевидно, поэтому дорожники России пока еще вяло или несколько инертно демонстрируют свою заинтересованность во внедрении накопительных бункеров нового типа. А может быть, еще и потому, что основной экономический эффект, возникающий от лучшего качества асфальтобетонной смеси и повышенной долговечности покрытия, реализуется только в процессе длительной эксплуатации дороги и достается главным образом заказчику или ее владельцу. Подрядчик-строитель в этом случае даже не поощряется, ему «остаются» только собственные затраты на подобную новинку.
И тем не менее, дорожники некоторых стран находят неожиданное, полезное и порой эффективное использование новых накопительных бункеров. В частности в Швеции, в условиях довольно жесткого экологического законодательства, некоторые АБЗ из населенных мест выносят в загородную черту с размещением в жилой зоне только накопительных бункеров. Смесь с АБЗ в бункеры-склады возят в основном в ночное время, длительно сохраняя ее для последующего удобного расхода на асфальтобетонных работах.
Вполне возможно, что некоторые дорожные подрядчики-вахтовики аналогично воспользуются «свежей» идеей по другому применению накопительных бункеров, связанному с увеличением объемов выпуска асфальтобетонных смесей на имеющихся смесительных установках с одновременным повышением темпов устройства из этих смесей покрытий дорог. Тем более что экономическую выгоду от такой технологии будет получать подрядчик, и не от случая к случаю, как в примере подмосковного АБЗ «Центродорстрой», а ежедневно в течение срока выполнения асфальтобетонных работ на объекте.
Смесительные установки, оснащенные новыми накопительными бункерами и задействованные хотя бы на 50% в вечернюю или ночную смену вахтового метода ведения асфальтобетонных работ, имеют целый ряд достоинств и преимуществ перед установками без таких бункеров:
-
продолжительный (до 4 суток) срок хранения смесей без окисления битума, снижения температуры и других ее свойств;
-
более ритмичное и эффективное использование автотранспорта, доставляющего смесь с АБЗ к месту укладки (простои в ожидании загрузки сведены практически к нулю);
-
снижение потерь рабочего времени на дороге за счет более равномерной подачи смеси и возможность ускорения процесса устройства покрытия, в том числе на крупных дорожных объектах;
-
существенно меньше влияние перерывов и остановок в укладке смеси на дороге, возникающих по погодным, организационным или иным условиям и причинам, на ритмичность работы АБЗ и объемы выработки смеси;
-
снижение затрат на производство одной тонны смеси, увеличение годового объема ее выпуска, ускорение окупаемости асфальтобетонной установки.
Конечно, каждое конкретное решение по использованию накопительных бункеров должно, как всегда, иметь свое технико-экономическое обоснование, но в него следует включать также эффект от увеличения скорости и темпов укладки в покрытие и уплотнения смеси имеющимися укладчиками и катками. В таком случае суммарная эффективность может оказаться наибольшей и привлекательной для внедрения бункеров.
Многие современные модели асфальтоукладчиков у российских дорожников, особенно приобретенные у европейских и американских фирм, имеют максимальную паспортную (теоретическую) производительность укладки смеси в пределах 500–700 т/ч. Она рассчитана фирмой из условий максимально возможных значений толщины и ширины слоя укладки, рабочей скорости и непрерывно-равномерного движения укладчика, исходя из тяговых его качества. В реальной же действительности совпадение всех этих максимальных значений и параметров бывает довольно редко, и поэтому его производительность на практике в 1,5–2 раза ниже (250–350 т/ч). На нее и следует ориентироваться при выборе нужной модели укладчика.
На многих же отечественных объектах из-за малой подачи смеси с маломощных АБЗ этот показатель не превышает в среднем 100–150 т/ч и в редких случаях достигает 150–200 т/ч. Сравнение возможной и реализуемой производительности укладчиков показывает, что на операции устройства покрытий еще есть «солидный» (до 1,5–2 раз) резерв для «безболезненного» повышения его темпов. Следует только загрузить укладочный отряд машин нужным количеством смеси и подготовить соответствующий фронт работ.
Поспособствовать увеличению темпов и производительности укладки смеси, причем с одновременным значительным улучшением качества устраиваемых покрытий, могут уже имеющиеся у некоторых российских подрядчиков бесконтактные перегрузчики смеси из автосамосвала в бункер укладчика.
Впервые такие перегрузчики с целью исключить температурную и гранулометрическую сегрегацию доставляемой смеси, а также устранить неблагоприятный контакт автосамосвала с укладчиком создала американская фирма Roadtec.
Для этого в разработанной конструкции перегрузчика «Шаттл Багги» помимо приемного ковша, куда выгружает свою смесь автосамосвал и где установлен запатентованный трехшаговый перемешивающий шнек, с помощью которого смесь с неравномерно распределенными частицами щебня и с неравномерной ее температурой в автосамосвале превращается в более гомогенную по гранулометрии и температуре массу, есть накопительный бункер. Из последнего с помощью ленточных транспортеров и, что не менее важно для ровности покрытия, без контакта с укладчиком смесь равномерно перегружается в бункер укладчика. В итоге на дороге появляется одинаково ровный и плотный, по всей площади прочный и долговечный слой асфальтобетонного покрытия.
Фирма Roadtec выпускает три модели колесных перегрузчиков. Наиболее крупная из них SB-2500 (рис. 4) имеет вес – 34,5 т, двигатель – 276 л. с., транспортную скорость – около 15 км/час и способна разместить в своем «чреве» (накопительный бункер) почти 23 т смеси. Этот перегружатель может подстраиваться под рабочую скорость укладчиков в пределах 0–13 м/мин. Его реальная производительность может составить до 650–700 т/ч при смене разгружающихся самосвалов через две минуты (наблюдения США).
Модель SB-1500 ) устроена аналогично, но имеет меньшие габариты, вес, мощность и вмещает в свой бункер полностью смесь из самосвала грузоподъемностью 14 т. Есть также несколько упрощенный вариант перегрузчика LTV-1000, у которого нет накопительного бункера.
Экономическая оценка эффективности перегрузчика SB-2500, сделанная американскими специалистами для одного из объектов, показала, что только за счет сокращения времени доставки смеси на укладку и уменьшения количества самосвалов грузоподъемностью 14 тс 16 до 12 штук расходы на 1 т смеси снижаются почти на 1 USD. И это не считая тех 1000 USD в год на 1 км дороги шириной 7 метров, которые дорожники США экономят на ее эксплуатации за счет большей ровности и прочности покрытия, уложенного с учетом «Шаттл Багги», снижения затрат на ликвидацию обычных дефектов на нем (шелушение, выкрашивание, трещины, выбоины, ямы и др.). Реальное улучшение ровности с 30 до 10 дюймов на милю (с 473 до 158 мм/км) зафиксировано счетчиком Мейсона, а показатель качества поверхности покрытия по калифорнийскому профилеметру также улучшается с 5 до 1 дюйма (с 127 до 25 мм).
В Европе первые собственные перегрузчики появились в Германии, и сделаны они были на базе имеющихся гусеничных укладчиков. Отличало их отсутствие перемешивающего устройства и накопительного бункера, т. е. они служили только для бесконтактной перегрузки смеси.
Сегодня аналогичный гусеничный перегрузчик MT-1000 выпускает известная в России немецкая фирма Vogele. Задуман он, видимо, как дополнительный агрегат к выпускаемым этой фирмой укладчикам, дооснащаемым 20-тонными бункерами.
Перегрузчик МТ-1000 имеет вес всего 14 т, двигатель – 147 л. с., рабочую скорость – до 16 м/мин и теоретическую производительность – до 700 т/час. Главное его достоинство перед «Шаттл Багги» – более низкая стоимость.
Фирма Dynapac (Швеция), поставляющая для дорожных подрядчиков свои асфальтоукладчики, самоходные вибрационные и статические гладковальцовые, кулачковые и пневмоколесные катки, тоже освоила выпуск на заводе в Германии колесного перегрузчика, или передвижного питателя (Mobile feeder) MF-250. Его общий вес – 14,7 т, мощность двигателя – 168 л.с., рабочая скорость – 0,8–20 м/мин, транспортная – до 20 км/ч, емкость бункера – 6 куб. м, а производительность транспортера – до 1440 куб. м/ч. Расчеты показывают, что в целом этот перегрузчик, при двухминутной смене автосамосвалов грузоподъемностью 15–20 т на разгрузке, реально может обеспечить подачу укладчику смеси в количестве до 500–600 т/ч.
В процессе эксплуатации перегрузчиков в США, Германии, России и других странах выявлен дополнительный их «плюс». Бесконтактная и равномерная загрузка укладчика позволяет последнему двигаться не только непрерывно, но и с большей скоростью, так как у него отпала надобность толкать груженые автосамосвалы или останавливаться во время их разгрузки. В итоге его практическая производительность становится заметно ближе к теоретической.
Рассмотренные возможности увеличения до 1,5 раз выпуска асфальтобетонных смесей на ряде существующих российских АБЗ за счет использования новых накопительных бункеров и повышения темпов устройства из них дорожных покрытий на отдельных крупных объектах с помощью имеющейся укладочной и уплотняющей техники, дополненной перегрузчиком смеси из автосамосвалов в бункер укладчика, дают некоторым отечественным подрядчикам шанс если не «догнать и перегнать Америку», то хотя бы приблизиться или даже достичь европейского уровня темпов и качества строительства асфальтобетонных покрытий.
