Техника для холодного ресайклинга
Обзор российского рынка
Холодный ресайклинг, или регенерация дорожных одежд, – современная, прогрессивная технология, применяемая при восстановлении эксплуатационных качеств дороги. Суть ее состоит во фрезеровании изношенных дорожных одежд, смешении измельченного, однородного материала с вяжущими (стабилизаторами), укладке на прежнее место и уплотнении. Эта технология появилась в конце 1970-х годов и получила распространение в Западной Европе, а затем в США. Поводами для разработки холодного ресайлинга, материалов и машин послужила необходимость найти быстрый и экономичный способ для масштабного восстановления эксплуатационных характеристик развитой дорожной сети западных стран плюс нефтяные кризисы 1973 и 1979 годов, в результате которых битум подорожал в три раза. Прогресс в методах подготовки и стабилизации битумных эмульсий и в разработке модифицированных битумов также способствовал развитию технологии холодного ресайклинга.
Основные преимущества холодного ресайклинга перед реконструкцией с полной заменой материалов дорожных одежд прежде всего в том, что материал старых дорожных одежд не вывозят, не складируют, а используют сразу на месте. При этом расход свежей горячей асфальтобетонной смеси снижается в несколько раз и достигается значительная экономия на других материалах и транспортных издержках. Современное оборудование для ресайклинга высокопроизводительное, что намного сокращает сроки ремонта дороги и позволяет восстановить за сезон большие площади дорожного покрытия.
Восстановление практически всей отечественной дорожной сети, потребность в улучшенных дорогах большой суммарной протяженности – вот поле деятельности для холодного ресайклинга. Однако распространение этой технологии сдерживают цены как на сами ресайклеры, так и на вспомогательное оборудование, а также некий скепсис в отношении новинки и значительных инвестиций в это оборудование.
Сегодня рассматриваются три основных вида ресайклинга, причем первые два несколько перекрывают друг друга:
- с фрезерованием на неполную толщину дорожной одежды – от 50 до 100 мм до щебеночного основания; применяют при износе верхних слоев дорожной одежды и сохранении свойств нижних слоев;
- фрезерованием на полную толщину, от 100 до 300 мм, захватывая и слои асфальтобетона, и часть щебеночного основания; применяют при восстановлении дорожных одежд, поврежденных на всю глубину;
- реконструкция гравийных дорог; глубина ресайклинга этого типа обычно до 100 до 200 мм.
От вида ресайклинга зависит выбор ресайклера и состав строительного поезда. Типом ресайклера определяется производительность, ширина и глубина слоя, который можно обработать за один проход, а также выбор стабилизатора и возможности фрезеровать дорожные одежды и смешивать их материал со стабилизатором за один проход.
В качестве стабилизаторов применяют порошкообразные и жидкие вяжущие. Порошкообразные материалы (цемент) распределяют слоем по поверхности дороги, при этом образуется много пыли. Ресайклер фрезерует дорожную одежду и смешивает ее с цементом и водой за один проход. Все полученные с применением цемента материалы склонны к растрескиванию, а содержание цемента в материале требует предварительного анализа и контроля, но обычно это не более 2% от массы материала. Точно контролировать процесс введения цемента можно только применяя цементно-водную суспензию. В случаях очень пластичного стабилизируемого материала применяют комбинацию цемента и извести или даже одну известь. Поверхность укрепленного цементом материала надо смачивать минимум семь дней, и недопустимо открывать движение раньше этого срока, пока цементобетон не наберет прочность.
Жидкие стабилизаторы – цементно-водную суспензию и битумную эмульсию применяют как по отдельности, так и в комбинации, через распределительные системы вводя их в рабочую камеру ресайклера. Через специальную распределительную систему в рабочую камеру вводят и вспененный битум.
Цементно-водную суспензию готовят в отдельной машине и по трубопроводу подают в ресайклер, а затем вводят рабочую камеру через специальную рампу. Этот метод позволяет точно контролировать расход цемента.
В битумной эмульсии 60% составляет битум и 40% вода. Распадению эмульсии на составляющие препятствуют специальные поверхностно-активные вещества – эмульгаторы. При смешении с каменным материалом вода испаряется, и битум растекается в пленку, обволакивающую частицы камня. При избыточной влажности каменного материала и внесении эмульсии материал становится переувлажненным, и его уплотнение затрудняется. В таких случаях помогает внесение цемента, но не более 2% от массы материала (при большем соотношении усталостные характеристики укрепленного слоя ухудшаются) либо отфрезерованный материал оставляют подсохнуть.
Вспененный битум получают, добавляя небольшое количество холодной воды (2...5% от массы битума) к горячему битуму (150...180 ºС) непосредственно перед впрыскиванием в рабочую камеру. При контакте с горячим битумом вода превращается в пар, образуя пену, по объему в 15...30 раз превосходящую первоначальный объем битума. Мельчайшие пузырьки воды окружает тонкая пленка битума. При контакте с каменным материалом пузырьки распадаются, и битум обволакивает частицы камня. В такой форме битум более предпочтителен для смешивания с холодным влажным каменным материалом.
Технология вспенивания битума известна с 1950-х годов, однако трудно при этом точно выдержать пропорции битума и воды. Увеличение количества воды дает большее объемное расширение, но сокращает срок жизни пены. Обычно добавление 3% воды дает приемлемые объемное расширение и срок жизни пены, а склонность к засорению сопел и связанную с этим невозможность управлять пенообразованием преодолели лишь недавно, что позволило применять вспененный битум в полевых условиях.
Состав строительного поезда для работ с битумной эмульсией следующий, начиная с головы: автоцистерна с битумной эмульсией, ресайклер, каток, грейдер. При одновременном введении цементо-водной суспензии между автоцистеной и ресайклером вводят установку для приготовления суспензии. Ресайклер толкает перед собой установку. Альтернативный способ – распределение сухого цемента специальным распределителем на автомобильном шасси, который движется в голове поезда. При использовании ресайклера на гусеничном ходу с выглаживающей плитой грейдер не нужен.
При использовании вспененного битума состав поезда следующий: автоцистена с битумом, ресайклер, каток, грейдер. Аналогичным образом между битумовозом и ресайклером включают установку для приготовления цементо-водной суспензии. В любом случае битумовоз движется в голове поезда.
Воду для ресайклинга подвозят автоцистернами, при этом надо учитывать, что для приготовления вспененного битума требуется питьевая вода. В зависимости от назначения дороги и нагрузки по укрепленному стабилизаторами слою можно устроить замыкающий слой из асфальтобетона либо асфальтобетонное основание и замыкающий слой, для чего применяют соответствующий парк техники.
Модельный ряд ресайклеров и вспомогательного оборудования фирмы Wirtgen разнообразен: это модели на пневмоколесном ходу WR2000, WR2400, WR2500S и модели на гусеничном ходу 2200CR и WR4200. У компактных ресайклеров WR2000 и WR2400 удлиненная моноблочная рама, на передней части которой установлена кабина. Кабина перемещается от борта к борту с выходом за габарит машины, чем оператору обеспечивается хороший обзор рабочей зоны. Все органы управления размещены вместе с креслом на вращающейся платформе. Колеса установлены на опорных колоннах и находятся в пределах рабочей ширины фрезерного барабана, что позволяет фрезеровать по самому краю обрабатываемой площади. Положение каждой колонны регулируется независимым гидроприводом, благодаря чему ресайклер может проходить даже по тяжелым грунтам и сохранять горизонтальное положение или заданный наклон на неровностях. Корпус рабочей камеры жестко закреплен на раме. Чем глубже фрезерование, тем больше опускается барабан, тем самым увеличивается объем камеры над барабаном. Задняя стенка камеры блокируется в любом положении или остается в плавающем режиме.
Универсальный фрезерно-роторный барабан приводится от двигателя через клиноременную передачу. Прямая передача дает максимальный к.п.д., а ремни поглощают ударные нагрузки. Скорость вращения барабана меняют, переставляя три шкива привода. Барабан оснащен сменными резцедержателями, позволяющими быстро менять резцы. Пневмомолоток и гидравлическое устройство для проворачивания барабана облегчают и ускоряют замену резцов. На краях барабана, воспринимающих наибольшие нагрузки, резцедержатели установлены на сменных угловых кольцах. Системы впрыска воды и стабилизаторов с микропроцессорным управлением монтируют по заказу.
Рабочая ширина ресайклера WR2000 – 2000 мм, глубина – 500 мм, ресайклера WR2400 – 2400 и 500 мм соответственно. WR2000 массой до 25,2 т оснащен 6-цилиндровым рядным двигателем Mercedes-Benz мощностью 315 кВт, WR2400 массой до 29 т – 8-цилиндровым той же фирмы мощностью 420 кВт.
Ресайклер WR2500S конструктивно отличается от компактных моделей. Кабина находится наверху, над передними колесами, и также может перемещаться от борта к борту с выходом за габарит. Для удобства транспортировки кабина выполнена разрезной, и ее верхняя часть откидывается гидроцилиндром. Транспортная высота машины не превышает 3 м. Передними и задними колесами можно управлять независимо с помощью рулевого колеса и джойстика. Доступны также автоматический согласованный поворот передних и задних колес зеркально относительно друг друга и диагональный ход. WR2500S позволяет смешивать фрезеруемый материал одновременно с разными стабилизаторами, для чего в нем могут быть смонтированы несколько систем распределения. Для WR2500S разработаны фрезерно-роторные барабаны шириной 2438 и 3048 мм. Глубина фрезерования обоими барабанами до 500 мм. Двигатель Mercedes-Menz OM444LA развивает мощность 500 кВт. Ресайклер WR2500SK отличается встроенным перед рабочей камерой распределителем порошкообразного стабилизатора, например извести или цемента. Тем самым пылеобразование при стабилизации практически исключено.
Ресайклер 2200CR – это дооборудованная для холодного ресайклинга фреза W2200, «старшая» в линейке фрез Wirtgen. Смонтировав конвейер, ресайклер можно использовать и в качестве фрезы. Этот ресайклер предназначен для крупных проектов. В список оборудования для ресайклинга входят системы подачи в рабочую камеру воды, цементно-водной суспензии, битумной эмульсии или вспененного битума. Сзади навешивают выглаживающую плиту. Рабочая ширина фрезерования этой машины 2200 мм, глубина – до 350 мм.
WR4200 – самая мощная специализированная машина для глубокого ресайклинга, ее рабочую ширину можно плавно менять от 2800 до 4200 мм, глубина фрезерования – до 300 мм. Машина оснащена двумя двигателями Caterpillar C15 мощностью по 433 кВт. Ходовая часть – гусеничная, с четырьмя гусеничными тележками на опорных колоннах. Выглаживающая плита – Vögele АВ500TV с шириной укладки 2500...5000 мм. Рабочий орган состоит из трех фрезерных барабанов в общей рабочей камере, установленных в два ряда: впереди два узких и сзади широкий барабан. Рабочая ширина регулируется выдвижением передних барабанов, при этом передние и задний барабаны вращаются в противоположные стороны. Отфрезерованный материал поступает в двухвальный смеситель, как на цементобетонном заводе, куда впрыскиваются жидкие стабилизаторы. Здесь он смешивается с ними и затем подается под выглаживающую плиту.
В дополнение к ресайклерам фирма Wirtgen предлагает вспомогательное оборудование – смесительную установку WM1000 для приготовления цементо-водной суспензии, мобильную смесительную установку КМА100 для приготовления холодной смеси из отфрезерованного материала с добавкой вяжущих, лабораторное оборудование.
Фирма Bomag выпускает для европейского рынка две модели ресайклеров – МРН122-2 и МРН125. Обе модели с шарнирно-сочлененными рамами с передним силовым модулем и задней хребтовой рамой, под которой подвешен рабочий орган – рабочая камера с фрезерным барабаном. Все приводы исполнительных органов, включая привод барабана, гидростатические. Шарнирное сочленение рамы и управляемые задние колеса обеспечивают маневренность ресайклеров. Скорость вращения барабана регулируется в зависимости от нагрузки, рабочая камера с изменяемой геометрией позволяет регулировать параметры смешения. Гидравлический механизм подъема рабочего органа позволяет регулировать положение барабана в вертикальной плоскости в пределах ±5º. Bomag использует универсальные фрезерные барабаны как для ресайклинга дорожных одежд, так и для стабилизации грунта. В базовой комплектации рабочий орган ресайклера МРН122-2 оснащают универсальным барабаном шириной 2330 и диаметром 1225 мм с приваренными резцедержателями. В качестве опций предлагают барабан такой же конструкции шириной 2530 мм, барабаны шириной 2330 и 2530 мм, оснащенные устройствами быстрой смены резца, и барабан для стабилизации грунта с удлиненными лопатообразными резцами. Глубина фрезерования МРН122-2 – до 500 мм. Стандартный барабан для МРН125 шириной также 2330 мм, но диаметром 1416 мм. Глубина фрезерования этой машины – до 550 мм.
Обе модели работают с битумной эмульсией и вспененным битумом. Системы подачи и распределения воды и битума предлагают как опцию. Для битума разработаны две системы – для распределения битумной эмульсии и для вспененного битума, причем последняя универсальна, ее можно использовать и для подачи битумной эмульсии. Подводящие битум трубопроводы подогреваются горячим маслом. В базовой комплектации производительность системы регулируют вручную ступенчато. Электронное управление с бесступенчатой регулировкой входит в расширенную комплектацию.
Ресайклер МРН125 – свежая модель с отличительными конструктивными особенностями. Кабина установлена на задней раме и выполнена подъемной, что удобно и в работе, и при транспортировке. На МРН125 иная организация рабочего пространства. Рабочие органы (рулевого колеса нет) и кресло установлены на передвижной поворотной платформе, и оператор может и перемещать платформу поперек кабины, и разворачиваться на ней при движении задним ходом. Кабина с двумя ветровыми стеклами спереди и сзади. У МРН122-2 органы управления, включая рулевое колесо, продублированы по обоим бортам. Кресло перемещается от борта к борту по направляющей, а также вращается вправо-влево на 90º.
МРН122-2 оснащен 6-цилиндровым дизелем Deutz TCD 2015 V06 мощностью 360 кВт, МРН125 – 8-цилиндровым дизелем Deutz TCD 2015 V08 на 440 кВт.
В арсенале Caterpillar также две модели ресайклеров – RM-300 и RM-500. Рамы обеих моделей моноблочные. В базовой комплектации два режима рулевого управления – передними или задними колесами. Более развитое четырехрежимное рулевое управление с согласованным поворотом обеих пар колес и с диагональным ходом предлагают под заказ. Привод фрезерного барабана через механическую трансмиссию с трехскоростной коробкой передач с переключением под нагрузкой, карданная передачей, мостом и двумя цепными передачами. Корпорация предлагает универсальный и грунтовой быстросменные барабаны. RM-500 можно оснащать также комбинированным барабаном для стабилизации грунта и неглубокого ресайклинга. Ширина всех барабанов – 2438 мм, рабочая глубина универсального барабана RM-300 – до 457 мм, грунтового – до 508 мм. Рабочая глубина универсального барабана RM-500 – до 406 мм, грунтового и комбинированного – до 508 мм. В рабочей камере регулируется задняя дверца, регулируемая передняя дверца – опция. Системы внесения в рабочую камеру жидких стабилизаторов также монтируют по заказу. Интересно решено рабочее место. Одноместная кабина с поворотным креслом перемещается по направляющей от борта к борту. RM-300 оснащен дизелем С11 ACERT мощностью 261 кВт, на RM-500 установлен C15 ACERT мощностью 403 кВт. Для RM-500 гидростатический привод задних колес входит в базовую комплектацию, для RM-300 – в расширенную.
Корпорация Terex предлагает четыре модели ресайклеров – RS350, RS425C, RS600C и RS800. RS350 – это типично американская машина с задним расположением рабочего органа. Фрезерный барабан с гидравлическим приводом и планетарным редуктором с рабочей шириной 1905 мм и глубиной фрезерования до 406 мм. Систему впрыска воды в рабочую камеру монтируют по заказу. Тяговый трактор оснащен дизелем Cummins мощностью 261 кВт.
Компоновка ресайклера RS425C аналогична компоновке машин Caterpillar – с моноблочной рамой, передним расположением силовой установки Caterpillar C13 мощностью 310 кВт и рабочим органом в колесной базе. Оба моста ресайклера ведущие и управляемые. Привод барабана механический, предусмотрены три скорости вращения барабана. Ширина фрезерования – 2438 мм, глубина – до 406 мм. Системы подачи в рабочую камеру воды и битумной эмульсии устанавливают по заказу.
Компоновочное решение ресайклеров RS600C и RS800 схожее с машинами Wirtgen. Двигатель размещен в задней части моноблочной рамы, фактически над барабаном, что позволяет применить признанный наиболее эффективным для фрезерования механический привод через клиноременную передачу и планетарный редуктор. В отличие от ресайклеров Wirtgen рабочее место не вынесено вперед, а размещено над рабочим органом. Все четыре ведущих и управляемых колеса с гидростатическим приводом через мотор-колеса установлены на поворотных опорных колоннах. RS600C оснащен дизелем Caterpillar C18 мощностью 448 кВт, RS800 – дизелем Caterpillar 3412E мощностью 597 кВт. Рабочая ширина и глубина обеих моделей – 2438 и 406 мм соответственно.
По тем же конструктивным принципам, как и «старшие» модели Terex, построен ресайклер SX-7 американской фирмы Roadtec, с двигателем Caterpillar С18 мощностью 522 кВт. Различие в том, что силовая установка помещена впереди, перед рабочим местом оператора, значительно ограничивая обзор вперед. Обзор назад заслоняет высокое сооружение, через которое впускается воздух в систему охлаждения. Кабина входит в список опций и перемещается от борта к борту, как мы видели на ресайклерах Caterpillar. Все колеса ведущие и управляемые установлены на поворотных опорных колоннах, что создает широкие возможности для рулевого управления. Предусмотрено пять режимов – поворот передними колесами, задними колесами, согласованно идущими след в след обеими парами колес, диагональный ход и разворотом колес в противоположные стороны таким образом, что ресайклер может развернуться на месте.
Ресайклер работает с универсальным барабаном, выполняющим ресайклинг и стабилизацию грунта. Ширина фрезерования – 2590 мм, глубина – до 530 мм. В зависимости от глубины ресайклинга высоту барабана и рабочей камеры регулируют независимо. По заказу монтируют систему впрыска воды и битумной эмульсии.
Кроме того, что фирма Roadtec предлагает специализированный ресайклер, она оборудует свои гусеничные фрезы RX-500 и RX-700 системами впрыска в рабочую камеру стабилизаторов для выполнения ресайклинга.
Технология холодного ресайклинга уже достаточно отработана, есть опыт ее применения в крупных проектах, создана отличная техника. Основные факторы, сдерживающие распространение этой технологии, это цена на саму технику и финансирование проектов, в которых эту технику можно было бы применять в полной мере, чтобы она себя окупала. Скепсис же в отношении технологии преодолим.
