Ремонтировать дороги без отходов –
реально ли это?
Холодные ресайклеры

Поговорим о «холодном»

С первого дня своей эксплуатации дорожное покрытие кроме прямой нагрузки, оказываемой шинами автотранспорта, подвергается воздействию ультрафиолетового излучения, на него влияют сезонные перепады температур и осадки, химические вещества, осаждающиеся на дорогу из выхлопных газов, и многие другие вредные факторы. Их действие приводит к износу битумного покрытия, удалению из состава связующих веществ, жизненно важных для сохранения эластичности поверхности, позволяющей не допускать образования трещин – главного поражающего фактора наших дорог.

Такой показатель, как пенетрация, измеряемый специальным прибором и косвенно характеризующий степень твердости битумов, заключается в глубине погружения иглы ∅0,1 мм, на которую действует усилие 0,1 кг в течение 5 с при +25 °С. В проработавшем несколько лет слое износа этот параметр может быть снижен до 10 мм, тогда как допустимый показатель для дорожных нефтяных битумов составляет не менее 40 мм, в общем же случае при низкой транспортной нагрузке в умеренном климате рекомендуется использовать битум с пенетрацией от 70/ 100 до 180/ 220 мм.

Сегодня разработано множество методик восстановления дорог, получивших повреждения, выработавших свой эксплуатационный срок. К основным можно отнести метод реконструкции дороги, когда дорожные одежды восстанавливаются путем, по сути, строительства дороги заново. Это, безусловно, отличный способ ремонта, но требующий больших затрат.

Возможен более «щадящий» материально вариант – укладка дополнительных слоев асфальтобетона. Это намного проще, чем реконструкция, однако требует устройства отдельного дренажа для отремонтированного участка дороги и выполнения еще ряда инженерных работ, увеличивающих сроки ремонта, вызывающих закрытие трассы для движения и т. д. При этом, если основание некачественное, новые слои асфальта все равно быстро разрушатся.

Наиболее перспективным сегодня представляется метод ресайклинга – создание на всю глубину поврежденного дорожного покрытия нового гомогенного слоя с более высокими прочностными характеристиками, чем были у прежних пришедших в негодность слоев. Одно из важнейших преимуществ этой технологии – при ресайклинге на 100% используется материал верхних слоев старых дорожных одежд, а слои дорожной конструкции, располагающиеся ниже уровня ресайклинга, совершенно не повреждаются. Имеется два основных способа получения эффективных смесей: «горячий» и «холодный» методы регенерации. Первым появился «горячий» метод. При этом методе старый материал сначала интенсивно разогревается газовыми горелками, благодаря этому легко разрушаясь, и износ режущего инструмента минимальный. Но в наше время он используется крайне редко из-за проблем с экологией – требуется сильный нагрев старого асфальта, из-за чего старый битум выгорает, его пары улетучиваются и отравляют атмосферу. Также у горячего метода очень узкая специализация – только старый асфальт. «Холодный» метод признан экспертами более перспективным, и хотя его недостатком называют высокую себестоимость работ из-за высокого расхода резцов, машины для «холодного» метода более универсальны, они могут использоваться не только на асфальте, но и на грунте, работать не только как ресайклеры, но и как стабилизаторы, например для улучшения качества грунта (осушение, снижение кислотности и т. д.). «Холодный» метод также более экологичен и более безопасен из-за того, что газ и открытый огонь не используются. И стоимость «холодного» ресайклера значительно ниже стоимости комплекса для «горячего» ресайклинга.

Все специалисты видят в будущем увеличение объемов дорожного ремонта именно этим методом. Преимуществ у метода много: это и сниженные сроки закрытия трасс на время ремонта, и сокращение потребности в вывозе отходов, экономия топлива и стройматериалов, обработка ремонтируемого участка за один проход, укрепление верхних слабых слоев земляного полотна на глубину до 0,5 м прямо в ходе выполнения работ, частичное исправление неоднородности материалов дорожного полотна на участке ремонта и возможность исправления дефектов продольного профиля типа коротких волн.

Машины же для «холодного» ресайклинга дорогие, поскольку являются комплексом, состоящим из оборудования для дорожного фрезерования и установок для стабилизации грунта. Одним из главных элементов такой машины является фрезерно-смешивающий барабан. Внутри барабана имеются специальные резцы, они измельчают в гранулы куски старой минерально-битумной смеси, снимаемые дорожной фрезой. В процессе фрезеровки в рабочую камеру ресайклера впрыскивается вода, подаваемая из емкости, имеющейся в конструкции, либо из автономной цистерны. В современных машинах дозирование воды осуществляет специальная электронная система, поскольку влажность получаемой смеси очень важна для качественного последующего уплотнения. В «холодных» технологиях в гранулят добавляют дополнительно вспененный битум, битумную эмульсию или цементно-водную суспензию, и полученная смесь перемешивается в барабане ресайклера. В идеале гранулят после необходимого дробления должен быть полностью пропитан свежей эмульсией или битумом. Однако на практике полное проникновение связующего материала ко всем точкам гранулированной массы невозможно, так как внутренняя часть гранул и поры их наружной поверхности уже заполнены старым битумом. Исследования показали, что наиболее прочным оказывается соединение «старого» и «нового» связующих на наружных поверхностях гранул. И тем не менее отсутствие взаимодействия между связующими не является серьезным препятствием для «холодной» технологии регенерации и не умаляет ее перспективности. Задачей технологии является использование наружных поверхностей гранул старого асфальта, и тут наибольшей проблемой является определение оптимального количества битумной эмульсии и цемента, которое бы улучшило пенетрацию, но в то же время не сделало новое покрытие слишком жестким.

В процессе ресайклинга, как отмечалось выше, перерабатывается асфальт на всю глубину поврежденного слоя, поэтому специалисты выделяют ресайклинг, выполняемый «на большую глубину», и ресайклинг «малой глубины». Однако четких параметров глубины переработки нет, и принято считать малой глубиной толщину снимаемого асфальта менее 150 мм.

Bomag: шестой десяток – это самый расцвет

Компания Bopparder Maschinenbau-Gesellschaft MBH появилась в Германии в 1957 г., а уже спустя 5 лет в г. Боппарде был выпущен первый 7-тонный каток Bomag BW200, предназначенный для больших строек. В 1970 г. в Буффало начал работу филиал Bomag USA, созданный совместно с американской компанией Koenring. В 2002-м открывается китайское отделение Bomag China. Развитие бизнеса привело в 2004 г. Bomag в Группу компаний Fayat, самую большую во Франции группу в строительном секторе, объединяющую 138 независимых компаний.

Характерно, что руководство Bomag всегда стремилось расширить номенклатуру, модернизировать удачные, созданные прежде модели. Одной из первых в мире компания освоила выпуск легких 2-вальцовых катков, виброплит и трамбовок, грунтовых катков. Специалисты Bomag первыми применили многие технические решения, которые сегодня использует весь мир. Например, инженерами Bomag были разработаны системы для оптимального уплотнения и одновременного контроля Asphalt Managers, Vanocontrol, Variomatic, известные специалистам всей Европы.

В 1990-х гг. специалисты Bomag разработали на базе колесных тракторов несколько специальных машин – MPH 100R, МРН 120R, МРН 120S, высоко оцененные дорожно-строительными компаниями за их эффективность при выполнении работ по восстановлению, стабилизации и холодному ресайклингу дорожных одежд. В ситуациях, когда не требуется переделывать дорожное основание, холодный ресайклинг признан экспертами наиболее эффективной технологией ремонта с экономической точки зрения, по сравнению с классическими методами, требующими реконструкции основания.

В настоящий момент Bomag выпускает 2 модели на заводе в Германии и 5 моделей на заводе в США, из них 3 оригинальные модели Bomag и 2 на базе Terex CMI (Bomag приобрел дорожное подразделение Terex в 2013 г.).

В Россию Bomag пока поставляет только модели немецкого производства: MPH 122-2 (базовый вес 21 т) и MPH 600 (базовый вес 28 т на базе предыдущей модели MPH 125) в различных конфигурациях: с системой водяного орошения для работы с цементом, с двумя типами систем распыления битумной эмульсии и системой распыления вспененного битума. Рабочая ширина – 2400 или 2600 мм. Планируются поставки американских моделей, в первую очередь тяжелых ресайклеров Bomag CMI RS950 весом 32 т, мощностью 950 л.с., с рабочей шириной 3050 мм. В России работают несколько машин этой модели под брендом Terex, которые очень хорошо себя зарекомендовали.

Одну из американских моделей Bomag с этого года будут выпускать на заводе в Германии. Это модель с задним расположением ротора MPH 364. На нее есть большой спрос в странах бывшей Югославии. Возможен интерес к ней и в России из-за ее относительно низкой стоимости.

Что касается немецких моделей Bomag MPH 122-2 и MPH 600, конструкция этих ресайклеров очень прочна и устойчива, во-первых, благодаря низкому центру тяжести, а во-вторых, благодаря шарнирно-сочлененной, очень жесткой на кручение раме, опирающейся на ось задних управляемых колес. Шарнирное соединение находится в центральной части ходового механизма. Оператор управляет задней осью и изломом рамы. Благодаря этому, а также за счет качающегося шарнирного рычага, позволяющего регулировать наклон ротора до ±5°, машины отличаются от аналогов конкурентов своей маневренностью. Например, в мод. MPH 122-2 при длине машины 9,05 м радиус внутреннего поворота не превышает 3,7 м. Рабочий орган располагается в базе машин и имеет интегрированный в ротор гидростатический привод с двумя планетарными редукторами и двумя гидромоторами. В ресайклерах Bomag имеется 11 скоростей ротора, которые можно переключать под нагрузкой, без остановки машины, а также имеется автоматическая защита от перегрузок. Машины Bomag вообще отличаются повышенной безопасностью выполнения работ: в каждой модели имеется устройство защиты от разрывов РВД, предусмотрено автоматическое отключение ротора при отрыве его от дорожной поверхности либо при встрече со скрытым твердым предметом, что позволяет не повредить фрезерующий барабан при столкновении с непреодолимым препятствием (например, рельсом). При смене зубьев ротора действует надежная система блокировки от включения, а в случае аварийного выключения машины тормоза срабатывают автоматически. Благодаря наличию гидростатического привода в машинах действует механизм защиты от скольжения: если одно колесо начинает пробуксовывать, то приходящаяся на него мощность распределяется на три остальных колеса, опирающихся на более твердую поверхность.

При удалении с поверхности старых и поврежденных асфальтовых покрытий фрезеруется вся поверхность дорожной конструкции, в том числе и несущий слой, причем максимально близко к кромкам с обеих сторон дорожного полотна, благодаря специальной конструкции боковых щитков кожуха ротора и центрального поперечного расположения ротора. Зубья фрезы поддевают дорожную одежду снизу вверх, отрывая крупные куски слоев асфальта. Качество перемешивания и дробления повышается за счет максимальной согласованности частоты вращения ротора с нагрузкой, действующей на фрезу, а также за счет запатентованной системы измельчения Bomag Flex-Mix. Регулировка частоты происходит без прерывания рабочего процесса или снижения скорости ресайклера.

Конечно, огромное значение в «холодном» ресайклинге имеют правильно подобранные материалы как связующих веществ, так и в отдельных случаях наполнителя, добавляемые в измельченную утилизируемую смесь. Связующим веществом может выступать портландцемент, известь, сегодня разработаны различные инновационные рецепты, например вспененный битум. Можно заказать ресайклер Bomag с установленной системой вспенивания битума, и машина будет производить вспененный битум сама. Вспенивание битума позволяет экономить его и добиться очень равномерного распределения битума между частицами материала. Но наиболее распространенным материалом остается битумная эмульсия.

Слой, полученный после ресайклинга, выполненного машинами Bomag на основе битумной эмульсии или вспененного битума, способен долгие годы выдерживать нагрузки, создаваемые транспортом на загруженных трассах, оставаясь при этом достаточно гибким, что эффективно препятствует проникновению отраженных с основания на верхний слой трещин. Битум также обеспечивает изоляцию от проникновения воды внутрь материала. Для распределения вяжущих (цемента, извести и т. д.) Bomag производит распределители вяжущего, как самоходные, так и прицепные, к тракторам.

Распределители сухих смесей от НПФ «Бастион»

В линейке оборудования, представленной ООО «НПФ Бастион» из Санкт-Петербурга, есть распределители сухих смесей объемом от 10 до 16 т. Они выпускаются как на базе серийных переоборудованных шасси зарубежных и российских производителей, так и съемные, устанавливаемые как сменное оборудование в кузов самосвала.

Установка передвижная самоходная предназначена для распределения всех типов порошкообразных связующих, оснащена бортовым компьютером (надежным промышленным PLC) на системной шине CAN, который управляет всем процессом распределения с помощью 11 датчиков уровня с самодиагностикой. Процесс полностью автоматизирован: расход материала вводится один раз водителем с помощью дисплея. С помощью датчиков компьютер регулирует скорость распределения, установленную оператором в течение всего времени проведения работ, без вмешательства водителя. Данные о количестве материала в баке постоянно отображаются на цветном дисплее. При возникновении аварийной ситуации возможен переход в ручной режим проведения работ.

Объем распределяемого материала определяется размерами фиксированных камер распределительного вала и скоростью вращения этого вала. В свою очередь объем и скорость заполнения фиксированных камер регулируются скоростью подачи материала транспортерами в виде 6 шнеков внутри бункера, а скорость вращения вала распределения сухой смеси задается регулятором потока в магистрали гидросистемы. Вся регулировка вышеперечисленных узлов происходит в ручном режиме непосредственно на распределительном узле или автоматически из кабины транспортного средства.

С этого года освоен выпуск тягача для агрегатирования с фрезами ведущих производителей (переоборудование серийно выпускаемого шасси MAN, КрАЗ, КамАЗ в трактор), который оснащен емкостью для внесения жидких добавок, высокоточным насосом с расходомером. Установка предназначена для производства работ в различных сферах: в дорожном строительстве – стабилизация верхних слоев грунта; в лесном хозяйстве – обустройство просек, выкорчевывание и фрезерование пней; в сельском хозяйстве – это универсальная машина для пахоты целинных земель.

Оборудование мобильно и перебрасывается с места на место по дорогам общего пользования без дополнительного согласования.

Смесительные машины Caterpillar

Один из крупнейших в мире производителей спецтехники, американская компания Caterpillar Inc., без сомнений, не могла не представить рынку свой вариант машины, обеспечивающий «холодный» ресайклинг дорожных одежд. На нашем рынке компания реализует две модели роторных ресайклеров, названные компанией смесительными машинами RM 300 и RM 500. Машины предназначены для глубокого восстановления покрытия и стабилизации грунта. За один проход обе машины обрабатывают полосу шириной 2,44 м, а глубина снимаемого слоя дорожной одежды может достигать 0,508 м. Основное отличие моделей – мощность. В обеих моделях применяются инновационные двигатели с технологией ACEPT, оптимизирующей процесс сгорания топлива, но в мод. RM 300 используется двигатель C11 мощностью 261 кВт, а в RM 500 – C15 мощностью 403 кВт. Обе машины универсальны. Компанией разработано несколько видов роторных барабанов, которые можно менять довольно просто. Таким образом, при установке специального ротора ресайклер может демонстрировать максимальные усилия отрыва, его целесообразно применять в тяжелых условиях резания асфальта. Предлагается также комбинированный ротор, позволяющий не только гранулировать асфальтовую крошку, но и выполнять операции по стабилизации грунта. Использование дополнительных грунтовых роторов предполагает выполнение качественной стабилизации для среднесвязанных и гранулированных типов почв.

Максимальная производительность машин достигается использованием трех режимов частоты вращения ротора, устанавливаемых оператором в зависимости от глубины резания. Эффективности работы ротора способствуют прочные приводные цепи, усиленные редукторы, мощные приводные валы. За счет независимого перемещения ротора смесительная камера может увеличиваться в объеме, и это улучшает качество перемешивания материалов. Гидравлическая регулировка компонентов смесительной камеры позволяет получить гомогенизированную смесь с заданным размером фракции, причем как при прямом движении машины, так и при движении задним ходом. Очень мощные дробящие пластины смесительной камеры безопасно и быстро меняются через боковые дверцы камеры. Удобно организовано рабочее место оператора, все органы управления и переключатели компактно размещены на панели. Отдельной опцией предлагается подвижная кабина. Гидрообъемный привод, используемый в ходовой системе, позволяет сбалансированно подводить необходимое тяговое усилие к каждому ходовому гидромотору.

Удобству обслуживания машин Caterpillar можно посвятить отдельную статью, поэтому скажем только, что АКБ установлены необслуживаемые, нейлоновая оплетка и защищенные разъемы гарантируют надежную работу электрической системы на долгие годы, РВД безопасно проложены в полиэтиленовых направляющих, а визуальные индикаторы облегчают проверку количества охлаждающей жидкости, гидромасла, масла в узле вращения ротора, а также степень засоренности воздушного фильтра. Электронный блок управления контролирует работу всех компонентов машины, производит диагностику и сигнализирует оператору о возможных поломках. Для удобства разработано 3 уровня аварийных сигналов, привлекающих внимание оператора к работе того или иного агрегата.

Wirtgen: от дорожной фрезы до комплекса по «холодному» ресайклингу

Немецкая семейная компания Wirtgen Group, объединяющая пять известных в Европе брендов: Wirtgen, Vogele, Hamm, Kleemann и Benninghoven, выпускает огромный ассортимент техники, служащей для выполнения инновационных технологий в дорожно-строительной индустрии и горнодобывающей отрасли. Специалисты компании, постоянно работающие над новыми видами оборудования, с середины 1980-х гг. всячески продвигали технологии «холодного» ресайклинга, имея уже за плечами 20-летний опыт по производству машин, фрезерующих дорожные одежды «холодным» способом. Сегодня компанией разработан весьма солидный ассортимент оборудования для ремонта и восстановления дорожного полотна. Так, дорожным службам предлагаются две модели прицепных установок с маркировкой WS 2200, WS 2500, легко превращающие трактор в стабилизатор почвы, преобразующий несвязанные грунты в ценный стройматериал.

Еще одна группа машин, предлагаемых компанией Wirtgen, – холодные ресайклеры – участвует в выполнении сложной технологии утилизации изношенного покрытия дорожного полотна путем дозированного внесения в сфрезерованный предварительно асфальт различных связующих материалов. Конструкторами Wirtgen разработаны пневмоколесные ресайклеры серии WR, а также холодные ресайклеры серии CR на гусеничном ходу. Универсальная конструкция машин предполагает использование их при необходимости для стабилизации различных грунтов. Компания предлагает рынку колесные компактные ресайклеры WR 200/WR 200i массой 23,9 т, предназначенные для стабилизации грунтов любого типа и фрезеровки покрытия на ширине 2,4 м и глубине по грунту до 0,51 м и асфальту до 0,2 м ресайклеры WR 240/WR 240i, а также машину WR 250, предназначенную для фрезерования самых твердых дорожных поверхностей и измельчения материала твердых асфальтобетонных слоев с огромной производительностью 700–1200 м²/ч.

Качественные слои дорожного основания с использованием всего объема старого дорожного покрытия создают мощные гусеничные ресайклеры. Это универсальная модель 2200СR, с большим успехом производящая стабилизацию грунтов, и фрезерующая «холодным» способом дорожное полотно на рабочей ширине 2,2 м. Сегодня эту машину широко используют для «холодного» ресайклинга связанных и несвязанных слоев дорожных одежд, этому способствует привод машины мощностью 671 кВт при массе 46,2 т.

На ширине от 2,8 до 4,2 м без образования швов может ремонтировать дорожное полотно гусеничный ресайклер WR 4200 массой 75 т. В качестве главного привода этой мощной машины используются два двигателя по 433 кВт каждый. На значительной ширине, до 3,8 м, производит ресайклинг и установка 3800 CR. Конструкция ресайклера позволяет производительно работать не только в режиме стандартной фрезеровки удаляемого покрытия, с движением резцов вверх, но и демонстрировать хорошие результаты в режиме, разработанном специалистами Wirtgen, когда при фрезеровке резцы движутся вниз.

В ресайклерах Wirtgen множество инновационных решений, таких как использование высокопрочного фрезерно-смесительного барабана, рассчитанного на работу как в традиционном направлении фрезеровки, с движением резцов вверх, так и в режиме с резцами, движущимися вниз. В машинах применена уникальная система впрыска связующих веществ с высочайшей точностью дозирования. Укладку же новой смеси оборудование Wirtgen производит с идеально выдерживаемым направлением и высотой, используя технологию, разработанную компанией-партнером Vogele.

Сильным аргументом в пользу оборудования Wirtgen является высокая степень экологичности при выполнении работ. Однако справедливости ради надо заметить, что технология ресайклинга компании Wirtgen кроме использования непосредственно ресайклеров требует участия дополнительных сложных машин, готовящих цементно-водную суспензию, распределяющих технологические материалы, готовящих холодные смеси. Эти машины Wirtgen производит, на рынке предлагаются мод. WM-1000, машины серии SW, установка KMA-150. Этому оборудованию можно подобрать и российские «заменители». Но практика показывает, что чем больше единиц техники участвует в той или иной технологии, тем выше риск утраты качества «на выходе», поскольку необходимо согласовать и контролировать настройку каждой машины как в отдельности, так и с точки зрения ее работы в таком комплексе.

Оборудование Sinomach соперничает с ресайклерами европейских брендов

На отечественном рынке представлены в основном ресайклеры производства американских и европейских компаний. Кроме описанных выше, аналогичное оборудование сегодня поставляют в Россию компания Roadtec из США и итальянская компания FAE. Есть среди поставщиков и китайские фирмы, такие как XCMG или Sinomach.

Корпорация China Sinomach Heavy Industry Corporation, или просто Sinomach, является дочерней компанией Sinomach Group, одной из крупнейших государственных корпораций в Китае, чью работу курирует комитет по контролю и управлению госимуществом. Sinomach поставляет в Россию гусеничные экскаваторы, фронтальные погрузчики, автогрейдеры, гусеничные бульдозеры, экскаваторы-погрузчики, мини-погрузчики, дорожные асфальтоукладчики, дорожные катки, автомобильные краны, дорожные фрезы, созданные при непосредственном участии специалистов компаний Terex Corporation, Komatsu, Hyundai. Сегодня Sinomach владеет четырьмя заводами в Китае. На одном из предприятий собирается оборудование для «холодного» ресайклинга – установки ZBL2500. Модель отличается компактностью, гибкостью эксплуатации, при длине установки 9,65 м она разворачивается с наружным радиусом 8,2 м. Маневренность достигается за счет удобной системы рулевого управления, а также благодаря тому, что оператор может легко подключать привод только на передние либо на задние колеса или же использовать полноприводный режим.

Ресайклер ZBL2500 фрезерует и измельчает материал старого дорожного покрытия. За один проход фрезеруется полотно шириной 2,5 м, причем глубина фрезеровки может достигать 0,42 м. Благодаря многоуровневой системе автоматического управления оборудование автоматически перерабатывает старый асфальт «холодным» способом и производит новую асфальтовую смесь путем добавления в измельченную массу приготавливаемого автоматически тут же, в машине, цементного раствора. Конструкция ZBL2500 позволяет фрезеровать и укладывать асфальтовую смесь по самой кромке, а также работать на ограниченных различными преградами участках. При подъеме ротора система распыления автоматически отключается, и это обеспечивает чистоту на рабочем месте, способствует экономичности расхода жидкости и топлива. Мощный 420-киловаттный двигатель установки позволяет фрезеровать дорожную поверхность со скоростью до 36,9 пог. м/мин, преодолевая при этом подъемы в 30°. Кабина китайской дорожной машины отличается эргономичным дизайном. Универсальную машину можно также использовать для эмульгирования асфальта.

Итак, вполне уверенно можно сказать, что «холодный» ресайклинг, хоть и является относительно молодой технологией (в Европе он появился лишь в конце 1970-х гг.), сегодня чрезвычайно перспективен. Такой вывод подтверждается многими фактами, в том числе и тем, что крупнейшие машиностроительные компании производят и расширяют выпуск моделей ресайклеров и стабилизаторов грунта. К сожалению, ни одного примера из отечественной практики здесь привести не получится. Это значит, что существует перспективная ниша на российском рынке спецтехники. Грустно, что доказавшее нужность в дорожно-строительной отрасли оборудование мы вынуждены либо импортировать, либо заменять допотопными технологиями.