• Сегодня: Среда, Октябрь 18, 2017

Дороги, которые мы выбираем

Выбоины на асфальтобетонном покрытии

В чем причина проблем дорожного хозяйства России: человеческий или природный фактор, устаревшие технологии или несовершенство законодательства? Какое влияние на ситуацию оказывает специфика добываемой в нашей стране нефти? Нужно ли вводить государственное регулирование использования шипованных шин? Какие инженерные решения могут вывести нас из «дорожного кризиса»? На эти и другие вопросы нам ответил начальник отдела научно-технического сопровождения АО «Институт «Стройпроект» Николай Беляев.

— Николай Николаевич, вопрос о низком качестве российских дорог муссируется уже не первое столетие. Неужели права навязшая в зубах присказка про «дураков и дороги»? С чем связана постоянная актуальность этой проблемы?

— Я отвечу на это другой крылатой фразой: «Каждый мнит себя стратегом, видя бой со стороны». Почему-то в массовом сознании сложился стереотип, что дорожное строительство – это дело совершенно нехитрое. На самом деле автомобильная дорога – это очень сложное инженерное сооружение. Недавно был опубликован рейтинг Министерства образования, где профессия инженера-дорожника находится на 4-м месте в рейтинге наиболее сложных инженерных специальностей. Нас очень сильно задевает и обижает, когда люди далtкие от этой области начинают делать какие-то выводы и заключения на основании только своего личного опыта или того, что они где-то увидели или услышали.

Трудностей в дорожном строительстве действительно немало, и вы при поездках на личном или общественном транспорте, безусловно, чувствуете их последствия на себе: это и колейность, и выбоины, и трещины. Одним словом, основная проблема заключается в недолговечности наших дорожных конструкций. Обычно считается, что виноваты в этом дорожники, которые «бракоделы и воры». На самом же деле основные причины совсем другие. Первая – это сложные природно-климатические условия нашей страны. Вторая – интенсивность движения, которая на российских дорогах, в среднем по дорожной сети, в несколько раз выше, чем в развитых европейских странах и США, – поэтому наши дороги просто-напросто разбиваются и изнашиваются быстрее. И третья – это несовершенство отечественной нормативной базы, которая отстала примерно на 20–25 лет и не учитывает современные вызовы. А проблемы брака и воровства в этом рейтинге находятся, на мой взгляд, значительно ниже. Я не отрицаю, что у нас есть бракоделы, и мы с ними боремся через систему строительного контроля. Не исключаю, что у нас есть люди недобросовестные, которые воруют материалы и деньги, предназначенные для строительства дороги. Но это вопрос не наш, не инженеров, а правоохранительных органов. Они должны им заниматься, так как воры есть везде и с ними везде надо бороться.

Не следует забывать также и о том, что полноценное финансирование дорожной сети в условиях нашей громадной территории – задача очень проблематичная для нашей не самой мощной пока экономики. Только в последнее время поставлена задача перейти на 100%-ное финансирование по нормативу содержания федеральной дорожной сети. А региональные, муниципальные и местные дороги пока еще остаются в состоянии «недофинансирования» и «недоремонта».

— Что касается климата, то Россию нередко сравнивают с Канадой или странами Скандинавии. Природные условия похожие, однако «дорожный результат» разный.

Это не совсем корректное сравнение. Во-первых, наш климат намного более разнообразный, чем, например, в Скандинавии, – с более значительными перепадами температур и более частыми переходами через точку замерзания. Кроме того, у нас также более сложные геологические условия для дорожного строительства. В России почти 90% грунтов, на которых приходится строить дороги , – это или слабые грунты (переувлажненные глинистые грунты и торфяники), или вечная мерзлота. В Скандинавии же преобладают более прочные скальные грунты. Соответственно, российские дороги больше подвержены так называемому «морозному пучению» зимой. Весной происходит не менее опасный процесс: промерзший слой грунта под дорогой оттаивает, напитывается водой и теряет несущую способность. Природно-климатические условия Канады, пожалуй, ближе по своему разнообразию к условиям России. В северных районах Канады у дорожников те же проблемы, что и в России, – морозное пучение и вечная мерзлота. Однако хочу напомнить, что транспортная нагрузка, т. е. число автомобилей на километр дорожной сети, в Канаде и в Скандинавии в 2,5–3 раза ниже, чем в России. Это немаловажный фактор, который наряду с климатом определяет общее состояние дорожной сети.

Кстати, и подавляющее превосходство состояния зарубежной дорожной сети перед российской – теперь тоже не такая уж абсолютная истина. Наверное, такое мнение в значительной мере сложилось потому, что большинство наших туристов за границей ездит по магистральным дорогам, а дома – по местным. Но в составе магистральной сети и у нас немало хороших трасс, которыми можно гордиться! А с другой стороны, в зарубежных странах немало и таких дорог (чаще – местных), на которые тоже порой «без слез не взглянешь». Те же дефекты – трещины, выбоины, колея — что и у нас.

Сетка трещин на асфальтобетонном покрытии (США)
Сетка трещин на асфальтобетонном покрытии (США)
Трещины и выбоины на асфальтобетонном покрытии (Финляндия)
Трещины и выбоины на асфальтобетонном покрытии (Финляндия)
Выбоины на асфальтобетонном покрытии (Англия)
Выбоины на асфальтобетонном покрытии (Англия)
Колея износа на асфальтобетонном покрытии (Исландия)
Колея износа на асфальтобетонном покрытии (Исландия)

Да и проблемы у зарубежных коллег – дорожников во многом похожи на наши. Например, недостаточное финансирование (правда, степень недофинансирования там все же меньше). Особенно на содержание дорог местной сети. Отсюда тот же «недоремонт» и дефекты на дорожном покрытии. Очень наглядно связь между уровнем финансирования дорожного хозяйства и состоянием дорог прослеживается в США. Там в составе одной большой страны есть «богатые» штаты с большими дорожными бюджетами. Например, штат Джорджия. В этом штате много дорогих дорог с цементобетонным покрытием и содержатся они в хорошем состоянии. А рядом – штат Алабама. Там дорожный бюджет поскромнее. И дороги там попроще – в основном асфальтобетонные. И состояние их «на троечку с плюсом». И еще одно любопытное наблюдение: в штатах с большими дорожными бюджетами ниже мотивация к поиску и внедрению дорожных инноваций. Зачем? И так все неплохо. Зато в более «бедных» штатах разработка и внедрение дорожных инноваций ведется намного активнее, т. к. они позволяют более эффективно использовать финансовые средства в условиях их дефицита.

В плане поддержания дорожной сети в хорошем состоянии интересен, на мой взгляд, опыт Финляндии. Там широко используется принцип «стадийного строительства» (кстати, этот принцип известен у нас еще со времен СССР). Дорожную одежду сразу не делают такой прочной, чтобы она могла выдержать 20–30 лет эксплуатации. Сначала укладывают первые слои асфальтобетона. Через 2 года укладывают следующий слой, еще через 2 года – следующий. И т. д., наращивая прочность дорожной конструкции по мере роста интенсивности движения. В результате финская магистральная и региональная дорожная сеть практически всегда «как новая». Конечно, это требует определенных затрат. Но дорожная сеть Финляндии примерно в 10 раз меньше российской. и финны, видимо, могут позволить себе такие расходы.

— А насколько отличаются российские и зарубежные технологии и материалы?

За последние 20–25 лет к нам пришли, практически, все дорожные технологии, которые используются за рубежом. Так что в плане материально-технического оснащения, по крайней мере, наши наиболее крупные дорожные фирмы – вполне на современном уровне. Но есть один нюанс, о котором не знают наши сограждане: нефтяное сырье, из которого выпускается битум в России, значительно более низкого качества, чем то, на котором работаtт большинство зарубежных заводов. Дело в том, что добываемая у нас нефть имеет большой процент серы и парафинистых веществ. В результате битумы, которые мы получаем, по определению не могут конкурировать с аналогами, которые производятся из венесуэльской или арабской нефти. А именно эти сорта нефти в основном и используются за рубежом для производства битума. В той же Финляндии, хотя и закупают много нефти в России, но при производстве битума, чтобы улучшить его свойства, в него добавляют нефтепродукты, полученные из венесуэльского сырья. Да, зарубежный битум дороже, но он изначально более высокого качества. Мы в принципе не можем из отечественного битума сделать асфальтобетон, который был бы конкурентоспособен с зарубежным. Во всяком случае, без использования дорогостоящих улучшающих добавок. Можно сказать, что это природная особенность нашей страны.

Еще одна технологическая особенность заключается в том, что на зарубежных НПЗ битум рассматривается как один из основных товарных продуктов, наряду с бензином, дизельным топливом или керосином. Соответственно когда идет отбор легких фракций из нефти, то из нее не «выжимают все соки», а оставляют определенный процент для того, чтобы битум обладал лучшими свойствами. Особенностью же нашей технологии, которая нам досталась еще с советского периода и на которую наложился новый «рыночный» менталитет, является другая цель – выжать из нефти как можно больше дорогостоящего бензина на продажу. Зачем оставлять что-то для битума, если у нас в нефтехимии он рассматривается как отход основного производства? Последнее время это отношение меняется, некоторые наши наиболее продвинутые нефтеперерабатывающие компании стали задумываться о повышении качества битумов, но пока эта тенденция еще только-только набирает обороты. Поэтому заинтересованность строительных подрядчиков использовать более качественный асфальтобетон должна как-то стимулироваться. Ведь он дороже, а лишние расходы подрядчику никто не компенсирует.

Есть еще целый ряд моментов, требующих модернизации. Они связанны с содержащимися в наших нормативах особенностями проектирования состава асфальтобетона, оценки его свойств, технологии асфальтирования и так далее. Это следствие опять же нашей научно-технической отсталости, накопившейся за последние 20–30 лет.

— А если сравнивать отечественные и зарубежные технические нормативы?

Что касается нормативов, то возможно это вас удивит, но они у нас порой более жесткие, чем в Европе. Например, в Германии требования к геометрическим характеристикам автодорог во многом ниже российских. Наши нормы не разрешают делать такие крутые продольные уклоны, не разрешают проектировать слишком крутые повороты, так как это делает вождение неудобным и опасным. С этой точки зрения зарубежные нормы более рациональные и прагматичные, а наши действующие нормы – более «гуманные». Но строительство дорог по нашим нормам обходится дороже, т. к. грунта для отсыпки земляного полотна требуется больше.

То же самое можно сказать и по поводу отечественных требований к прочности материалов и другим сопоставимым показателям – они нисколько не уступают, а порой и превышают требования зарубежных стандартов.

— Тогда в чем же дело?

Дело в том, что в сфере дорожного хозяйства начали действовать новые факторы, которые пока не учтены нашей нормативной базой. Например, в последние десятилетия автомобильный парк у нас сильно вырос, а соответственно возросла интенсивность движения. Существенно возрос вес грузовых автомобилей. Также за эти годы стали гораздо шире применяться автомобильные шины с шипами противоскольжения. Такие шины разрешены нашими стандартами. Единственное ограничение, что масса шипа для легкового автомобиля не может превышать 2,4 г. Для грузовых шин эта нома установлена в 8 г. Есть еще легкогрузовые шины для машин типа Газель, у них норма массы шипа не более 5 г. И хотя в нашей стране водители грузового транспорта практически не используют шипованную резину, но даже и легковых автомобилей (а именно они в нашей стране основные потребители шипованной резины) по статистике на начало 2015 года в России уже зарегистрировано около 41 млн. Для нашей не слишком развитой (по сравнению с нашей территорией и нашим населением) дорожной сети – это большая нагрузка.

Впрочем, это вовсе не означает, что шипы надо запретить. Шипованные шины – это, прежде всего, вопрос безопасности дорожного движения и уже во вторую очередь – вопрос экономии средств на ремонтах дорог. Износ дорожных покрытий шипами имеет место и за рубежом. Но ни одна из стран Северной Европы (там, где зимы похожи на наши) такой запрет не ввела и шипованные шины там используются очень широко. Например, в Швеции процент ошипованных автомобилей достигает 95%, в Финляндии – 85%, в Норвегии – 80%. Просто с износом дорожных покрытий там целенаправленно борются, применяя целый комплекс технических и законодательных мер. В странах Северной Европы уже на стадии проектирования учитывается повышенный износ дороги от шипованных шин. Там существуют и применяются нормативные требования к износостойкости асфальтобетонов. Соответственно, в необходимых случаях в дорожное покрытие укладываются более износостойкие асфальтобетоны. В результате этих технических мер образование колеи износа у них уменьшается в 2–3 раза. К достаточно эффективным законодательным мерам я бы отнес ограничение скорости движения зимой и ограничение массы шипа. Это уменьшает износ еще в 1,5–2 раза.

Таким образом, фактор износа оказывает существенное влияние на долговечность дорожного покрытия, но в наших действующих нормативах он пока, к сожалению, никак не отражен.

В России автомобильные дороги так называемой опорной сети составляют порядка 50 тыс. километров – это примерно 10% от общей транспортной сети страны. Это федеральные трассы с высокой интенсивностью движения, на которые приходится основной объем грузо- и пассажироперевозок. Так вот на этих дорогах колея является, пожалуй, основной причиной их ремонта до истечения нормативного срока службы. Если у нас нормативный межремонтный срок для дорожных покрытий на таких дорогах составляет 4 года, то ремонтировать их приходится уже через 2 года, потому что из-за образовавшейся колеи эксплуатировать их становится невозможно. Наличие колеи приводит к тому, что большую часть срока службы дорога работает в таких условиях, когда верхний слой дорожной одежды по полосе наката уже практически отсутствует. Не говоря о высокой опасности движения при наличии глубокой колеи.

Следы от шипов на асфальтобетонном покрытии (Санкт-Петербург)
Следы от шипов на асфальтобетонном покрытии (Санкт-Петербург)
Следы от шипов на разметке проезжей части (Санкт-Петербург)
Следы от шипов на разметке проезжей части (Санкт-Петербург)
Глубокая колея износа на полосе движения легковых автомобилей, образовавшаяся за 2 года эксплуатации (КАД СПб)
Глубокая колея износа на полосе движения легковых автомобилей, образовавшаяся за 2 года эксплуатации (КАД СПб)

Наши инженеры понимают, что эта проблема серьезная и над ней надо работать. И даже видят пути ее решения. Но они не могут преодолеть барьеры, которые существуют в виде устаревших нормативов или в виде отсутствия нормативов, учитывающих эти «новые вызовы». Ведь Госэкспертиза просто не пропустит какое-то техническое решение, связанное с повышением износостойкости асфальтобетона, раз этого нет в действующих строительных нормах. Проект получается дороже, и это может быть расценено как нерациональное использование средств. Таковы сегодняшние реалии дорожного хозяйства. У инженеров-дорожников много вопросов к нашим нормативам, которые нужно решать.

— Что представляет собой современная дорога с инженерной точки зрения и какие факторы являются определяющими для того, чтобы она могла полноценно функционировать весь срок своей службы?

Дорожная одежда представляет собой своего рода слоеный пирог: верхний слой – это обычно асфальтобетонное покрытие толщиной примерно 5 см, которое непосредственно контактирует с колесами автомобилей. Нижний асфальтобетонный слой покрытия устраивается толщиной примерно 10 см. Дальше – щебень, примерно 25–30 см; ниже – песок, примерно 40 – 60 см; и в основании – грунт земляного полотна. Такова типовая конструкция автодороги средней категории. Современная дорожная одежда в зависимости от категории дороги проектируется на расчетную нагрузку 10–11,5 т на ось грузового автомобиля при удельном давлении под колесом 6 кг/см2. Однако большая часть действующей автодорожной сети нашей страны (почти 80%) запроектирована и построена еще по старым нормам на расчетную нагрузку 6–8 т на ось. Поэтому перегруз автотранспортных средств представляет большую опасность для российских автомобильных дорог, особенно весной, так как это сокращает межремонтный срок дорожной одежды. И автотранспортники, которые грузят автомобили «под завязку» в целях снижения своих транспортных издержек, фактически перекладывают эти издержки на плечи дорожников.

Существующая методика проектирования дорожных одежд основана на решениях теории упругости для многослойных сред. В определенных условиях эта расчетная модель достаточно точная. Каждый из слоев дорожной одежды имеет свой модуль упругости. Прочность материалов дорожной одежды постепенно снижается от самого верхнего слоя дороги до земляного полотна. Это обусловлено тем, что происходит уменьшение напряжений от транспортной нагрузки по толщине дорожной одежды. Поэтому нет необходимости размещать внизу дорожной одежды материалы с большой прочностью.

Важно отметить, что изначально предполагается, что в конструкции дороги присутствуют и работают все слои. В случае же, если верхний слой изношен, то он «выпадает» из работы дорожной одежды и вся нагрузка передается уже на нижележащий слой. Именно так и получается, когда на дороге образуется колея износа. Именно поэтому специалисты давно призывают, чтобы при расчетах дорожной одежды верхний слой покрытия вообще не учитывался, потому что по факту он изнашивается очень быстро. Но это опять же к вопросу о пересмотре нормативов.

Вот еще один характерный пример: в России уже много десятилетий не пересматривались стандартные требования на уплотнение грунтов земляного полотна дороги. А ведь плотность грунта очень сильно влияет на несущую способность дороги. Так, его повышение на 5% по сравнению с действующими нормами увеличивает прочность почти в 1,5 раза! Однако эта пятипроцентная прибавка вчетверо увеличивает объем работ по уплотнению грунта отечественными 16–25-тонными пневмокатками и соответственно возрастают затраты на эту часть дорожных работ. Применение более тяжелых и более эффективных импортных катков также сопряжено с увеличением себестоимости дорожных работ. Поэтому повышение требований к качеству уплотнения при строительстве дорог должно подкрепляться соответствующими изменениями сметных норм.

Что же касается других современных технологий, которые существенно увеличивают долговечность дорог, то заметным фактором является использование при строительстве геосинтетических материалов. Так, в Канаде геотекстиль применяется более чем на 90% федеральных дорог, георешетки – на более чем 60 %. В США похожая картина. В Германии вообще почти 100% дорог с асфальтобетонным покрытием строится с использованием геотекстиля и более 80% дорог с дополнительным армированием георешеткой. Существует много и других полезных технологий, применение которых в нашей стране надо «подкреплять» нормативно.

— Перечисленные факторы оказывают влияние на деформацию дорожных покрытий под действием веса автомобиля. Перед этим мы говорили о качестве битума и об абразивном воздействии шипов? Какие из этих причин вносят наибольший вклад в образование колейности на наших дорогах?

В разных регионах по-разному. Наши исследования, которые мы проводили с 2008 года на КАД Петербурга, показывают, что в северном климате на 70% за образование колеи ответственна шипованная резина, 20% добавляет накопленная пластическая деформация в слоях щебня, песка и грунте и 10% – пластическое деформирование верхнего слоя асфальтобетона. На юге, где шипы менее распространены(например, в Ростовской области или в Краснодарском крае), эти соотношения другие: 15% – износ, 45% — деформация нижних слоев дорожной одежды и 40% – это пластика асфальтобетонных слоев покрытия. При этом надо учесть, что подобные «теплые» регионы, где шипы менее распространены, составляют всего 2,5% от всей территории РФ. Из этой пропорции видно, какими проблемами и где надо в первую очередь заниматься. Но почти все внимание нашей дорожной науки в последнее время сосредоточено в основном на последних двух факторах. Усилия по производству высококачественных битумов и борьба с пластической колеей в асфальтобетонном покрытии и в слоях основания дорожной одежды, безусловно, важны. Однако до сих пор у нас остается почти не охваченным значительный сектор причин, формирующих проблему колеи износа.

— Ваш институт известен как раз исследованиями в области влияния автомобильных шипов на износ асфальтобетона.

Действительно, «Стройпроект» одна из немногих организаций в нашей стране, которая систематически занималась и занимается этом вопросом. Кстати, в нашем научно-инновационном центре проводятся исследования и по другим актуальным, но пока не решенным на уровне нормативных документов проблемам. В том числе по проблемам низкотемпературной трещиноустойчивости асфальтобетонов и сдвиговой прочности дорожных покрытий на мостах (включая сдвигоустойчивость слоя гидроизоляции). Для этих целей мы разрабатываем методики проверочных расчетов дорожных и мостовых конструкций, а также методики испытаний материалов с целью контроля их качества по этим показателям и получения необходимых для выполнения расчета нестандартных расчетных характеристик.

Если же вернуться к износу асфальтобетонных покрытий, то мы рассматривали эту проблему в широком диапазоне – в технико-экономическом и социологическом плане. Прежде всего, нам необходимо было выявить закономерности распространения шипованных шин на территории России – сезонные и географические. Собранные данные ожидаемо продемонстрировали наличие широтной зональности: если в северных районах практически 100% автомобилистов используют зимой шипованные шины, то чем южнее мы будем двигаться, тем этот процент уменьшается, и в Южном федеральном округе он составляет примерно 20%. В Сочи или Владивостоке шипованные шины практически не используются. В среднем по России, по нашей оценке, это число составляет 60% для легковых автомобилей. Причем использование шиповки в течение холодного периода тоже подвержено определенной закономерности. «Шипованный сезон» начинается с того момента, когда амплитуда суточных колебаний температуры становится такой, что ночью температура может опускается до нуля и ниже. Так, если среднесуточная температура опускается до 5–10 градусов, то в ночные часы уже есть вероятность образования гололеда. Аналогично завершение «шипованного периода» совпадает с погодными условиями, когда среднесуточная температура поднимается весной до 5–10 градусов. В каждом регионе эти погодные условия складываются в разные сроки.

— В Финляндии, Швеции, некоторых северных штатах США есть четкое указание: с наступлением определенной даты все автомобилисты должны использовать зимние шины. Весной, в строго оговоренный срок, необходимо «переобуться» по-летнему. У нас в стране пока что использование шипованной резины в течение года никак законодательно или административно не регламентировано. Как вы считаете, может быть, стоит и нам подумать о принятии таких правил?

Нет. По крайней мере, в отношении шипованных шин этого делать не следует. И сейчас попробую объяснить почему. При прочих равных условиях износ дорожного покрытия за зимний период пропорционален суммарному числу автомобилей с шипованными шинами, прошедшими по участку дороги в течение «шипованного периода». Поэтому для начала давайте разберемся, как изменяется в течение зимы количество автомобилей с шипами. В современных условиях, когда этот процесс не регулируется административно, график изменения доли ошипованных автомобилей в течение зимы может быть описан формулой квадратной параболы и имеет вид характерного «колокола». При достижении ночными температурами отрицательных величин водители сами спонтанно начинают смену резины. Но так как это процесс инерционный, то количество шипованных шин на дорогах растет постепенно: некоторые водители по тем или иным причинам делают это уже в разгаре зимы. Функция растет и достигает своего максимума к середине зимы – это вершина нашей параболы. Затем начинается, опять же спонтанное, понижение доли ошипованных автомобилей и к концу весны эта доля снижается практически до нуля. Вершина параболы – это максимально возможная в данном климатическом регионе доля автомобилей, которые вообще пользуются шипованной резиной. Можно условно принять ее за единицу. Например, в Петербурге эта «единица» составляет 95% от всех легковых автомобилей, в Москве – 75%, в Московской области 85%, в Краснодарском крае – 20%. Но общая параболическая зависимость сохраняется во всех регионах. При этом удобно принять в этой зависимости за относительную «единицу» и продолжительность «шипованного периода» (которая в абсолютном измерении может составлять от 50 до 200 суток в разных регионах страны). В результате получается «нормированная» параболическая зависимость, в которой и максимум ошипованности, и продолжительность «шипованного периода» приняты за относительные «единицы». Эта несложная зависимость используется для того, чтобы, зная суточную интенсивность движения, максимальную долю ошипованности и продолжительность в сутках «шипованного периода», рассчитать число автомобилей с шипами, которые пройдут по данному участку дороги за зиму. Число таких автомобилей будет пропорционально площади под параболой. В соответствии с законами математики для «нормированной» параболической зависимости эта площадь равна 0,67.

Теперь представим гипотетическую ситуацию, при которой введено сезонное административное регулирование применения шипованных шин. Водители постараются побыстрее и в массовом порядке переобуться сначала осенью, а затем и весной. В результате нормированная кривая ошипованности примет П-образный характер с площадью под ней, равной 1. Как следствие, число ошипованных автомобилей, которое пройдет по дороге за зиму, увеличится в 1/0,67 = 1,5 раза. Соответственно в 1,5 раза может увеличиться и износ дорожного покрытия! Кроме того, опыт Швеции показывает, что введение административного регулирования увеличивает максимальное число автомобилей, оснащенных шипованной резиной, примерно на 10%. Это значит, что площадь под П-образной кривой «ошипованности» возрастет в 1,1 раза и составит уже не 1, а 1,1. Но тогда и износ дорожных покрытий может возрасти по сравнению с сегодняшним (уже и так весьма большим) в 1,5х1,1 = 1,65 раза! Что из этого следует? Одним махом износ дорожных покрытий в нашей стране можно увеличить примерно на 65%. Это приведет в целом по дорожному хозяйству (федеральные, региональные и муниципальные дороги) к дополнительным затратам на ремонты дорожных покрытий в размере 100–150 млрд рублей в год.

Какие же выгоды можно получить взамен? Один из аргументов – если ввести сезонное административное регулирование, то летом не будут ездить на шипах и износ дорог уменьшится. Мы произвели специальные исследования и оказалось, что летом при +20 °С износостойкость асфальтобетона даже несколько выше (примерно на 5%), чем зимой при температуре -20 °С. При этом по статистике сейчас не более 5% водителей продолжают ездить на зимней резине и летом. Таким образом, летний износ дорожных покрытий шипами составляет не более 5% от зимнего. Поэтому с инженерной точки зрения административный запрет весной на использование шипованных шин совершенно не эффективен как способ уменьшения общего годового износа дорожных покрытий. Основная масса водителей и так интуитивно меняет зимнюю резину на летнюю. А те 5%, которые по каким-то причинам не переобулись, погоды не делают.

Второй и более серьезный аргумент – уменьшение числа ДТП по причине зимней скользкости в переходные периоды (осень и весна). Несомненно, этот полезный социальный эффект будет иметь место, если в переходные периоды больше автомобилей будет оборудовано шипованными шинами. Причем расчеты показывают, что общее ежегодное число ДТП на автомобильных дорогах России в результате введения административного сезонного регулирования применения шипованных шин может снизиться на 1,5–2%. Это значит, что ежегодно несколько сотен наших сограждан не будут погибать в ДТП, а несколько тысяч – не будут получать в них ранений. И это замечательно! Однако в экономике приходится приводить все к денежному эквиваленту, в том числе жизнь и здоровье людей. И соответствующие расчеты показывают, что экономический эффект в масштабах народного хозяйства страны от сокращения ежегодного числа ДТП на 1,5 – 2% может составить 2,5–3,5 млрд рублей в год. Думаю, что комментарии здесь излишни. Финансовые размеры возможных выгод и возможных ущербов, к сожалению, просто не сопоставимы. При этом полезно вспомнить, что дополнительная колея, которая может образоваться в результате дополнительного износа дорожных покрытий, – тоже источник дополнительных ДТП, причем уже в течение всего года. А этот отрицательный эффект от возможного резкого увеличения на наших дорогах числа ошипованных автомобилей в результате введения административного сезонного регулирования пока еще никто даже и не пытался подсчитать.

— Какие же тогда вы видите пути повышения долговечности дорожных покрытий в борьбе с колеей износа?

Достаточно эффективным является, например, уменьшение допустимой массы шипа в сочетании с законодательным ограничением скорости движения зимой (именно в сочетании с ограничением скорости – иначе можно спровоцировать рост числа ДТП). Однако это выходит за рамки компетенции дорожников. Еще более эффективный путь заключается в применении на дорогах более износостойких дорожных материалов, которые не столь подвержены воздействию шипов. Это не только самый технически эффективный путь, но он также и самый простой для реализации в рамках дорожной отрасли. Важный этап на этом пути – разработка простых и точных методов тестирования таких материалов. Несколько лет назад у нас появился нормативный документ (пока не стандарт – отраслевой дорожный методический документ), который рекомендует проводить испытания асфальтобетона на износ шипованными шинами по шведской методике PRALL, которая позаимствована из европейского стандарта.

Но для того чтобы проанализировать полученные данные, необходимо иметь четкие критерии их оценки. Вот мы провели испытания, получили какой-то результат. И как его оценить? Может быть, он должен быть меньше? Или чуть больше? А насколько именно? Нам же надо определить оптимальный баланс между износостойкостью асфальтобетона и экономическими затратами на производство. Попытаться использовать для этих целей европейские нормативы? Хорошо, вот краткое изложение этого норматива: «Для дорог с высокой интенсивностью потеря объема образца после испытания не должна превышать 20 см3». Но что такое трасса с высокой интенсивностью в Финляндии, где применяется этот норматив? Это интенсивность до 25 тыс. автомобилей в сутки. А у нас на петербургской кольцевой интенсивность на некоторых участках доходит до 240 тыс. в сутки! И как этот зарубежный норматив поможет нам обеспечить долговечность дорожного покрытия в таких эксплуатационных условиях?

Европейские нормативы не применимы у нас еще по нескольким причинам: в Финляндии, например, максимальная масса шипа легкового автомобиля составляет 1,1 г, у нас, как я уже упоминал, – 2,4 г. А чем массивнее шип, тем сильнее он разрушает покрытие дороги. И второй момент: максимальная разрешенная скорость легковых автомобилей на автомагистралях у нас 110 км/ч, а на платных дорогах – до 130 км/час. В Финляндии же на магистралях существует ограничение скорости в 100 км/ч летом, а в зимний «шипованный сезон» она лимитируется до 80 км/ч. А как известно, чем выше скорость, тем сильнее изнашивается покрытие. По сумме этих двух факторов получается, что интенсивность изнашивающего воздействия ошипованных автомобилей на наших дорогах примерно в 2 раза больше. И это мы еще не говорим о нарушениях скоростного режима. Известно, что там, где можно ехать 90, у нас зачастую едут 110– 120, а где можно 110, то и все 150 км/час.

Из этого можно сделать один вывод: зарубежные нормы для нас не панацея. Нам необходимо проводить собственные исследования в области износа асфальтобетонов, результаты которых затем войдут в национальную нормативную базу. Ведь каждая цифра, которая используется в проекте, берется из конкретного стандарта, СНИП – это очень формализованный процесс. В принципе это правильно, но только в том случае, если нормативы актуальные, если они учитывают все объективные обстоятельства. Иначе они становятся тормозом. В действующих СНИП середины 80-х гг. проблема износа асфальтобетонных покрытий вообще не отражена. Эта проблема тогда была не слишком актуальна при той интенсивности движения и слабой распространенности шипованных шин. Достаточно сказать, что дорога с высокой интенсивностью движения там определяется, как та, где проходит более 14 тыс. транспортных средств в сутки. Таким образом, в настоящее время многие из наших дорог эксплуатируются в режиме, в разы, а то и на порядок превышающем «нормальный».

— Однако, несмотря на отсутствие четких нормативов, установки PRALL в России используются? В чем заключается суть этого метода и есть ли ему какие-либо альтернативы?

Да, несмотря на значительную стоимость, несколько таких установок в России куплено и используется.

Общий вид установки PRALL
Общий вид установки PRALL

В чем суть испытания по методике PRALL? Образцы асфальтобетона закладываются в установку вместе с металлическими шариками, которые при встряхивании подвергают образцы абразивному воздействию. Чем больше поверхность образцов выбита, тем ниже стойкость тестируемого материала. Кстати, при проведении сравнительных испытаний образцов с финских дорог и с нашей КАД СПб. (где на многих участках присутствует огромная колея!) выявился любопытный факт – некоторые наши асфальтобетоны продемонстрировали даже большую износостойкость, чем ряд стандартных финских асфальтобетонов. Вывод: качество наших материалов может быть нисколько не хуже, а иногда даже лучше зарубежных, но интенсивность воздействия транспорта на дорогу настолько высока, что они просто не выдерживают нагрузок.

Дело в том, что в нашей стране проблемой износа асфальтобетона долгое время занимались очень мало, тогда как опыт исследований в этой области у некоторых зарубежных стран составляет десятилетия. В каждой стране нашли свое решение – подходящее для их конкретных условий – и пользуются им. Мы проанализировали несколько известных зарубежных методов тестирования износостойкости асфальтобетонов: шведский метод PRALL, финский SRK, метод Кантабра (разработанный в Испании и применяемый в Японии). Всем им присущи как свои преимущества, так и существенные недостатки, связанные либо с низкой точностью метода, либо с отсутствием адаптации его к российской дорожной специфике.

Но тогда остается один путь – сделать что-то свое.

Мы так и поступили. С учетом всех требований, мы разработали для российских условий новый метод АШМ – метод асфальтовой шаровой мельницы. Установка АШМ представляет собой стальной барабан, оборудованный внутренними ребрами-активаторами. Барабан устанавливается на базовую подставку, в которой размещен электродвигатель. Выносной пульт управления установки позволяет задать частоту вращения мельницы и установить общее количество оборотов испытания, а также контролировать температуру внутри барабана в ходе испытания.

Суть эксперимента в следующем: в мельницу закладывается три образца асфальтобетона – изготовленные в лаборатории по стандартным методикам, предоставленные асфальтобетонным заводом, или в виде кернов, отобранных из существующих дорожных покрытий. Они представляют собой цилиндры диаметром 70 мм и высотой 35 мм. Образцы перед испытанием необходимо насытить водным раствором противогололедного реагента (тип которого выбирается в зависимости от условий эксплуатации дорожного покрытия) и провести определение их объема методом гидростатического взвешивания. Кроме образцов, в барабан мельницы загружается 7 кг стандартных стальных подшипниковых шариков диаметром 15 мм. Туда также заливается 2 литра раствора того же противогололедного реагента.

Элементы установки АШМ с образцами асфальтобетона для испытания на износ
Элементы установки АШМ с образцами асфальтобетона для испытания на износ

Барабан помещается в холодильную камеру, где устанавливается та температура, при которой в данной местности зимой происходит эксплуатация покрытия. После того как барабан и все его содержимое охладится до выбранной температуры, начинается стандартное испытание.

Общий вид установки АШМ (в сборе), размещенной в холодильной камере для испытания образцов асфальтобетона на износ при -26°С.

Мельница вращается, шарики бьют по образцам, истирают их, уменьшая объем образцов. Удар шарика моделирует удар шипа по дорожному покрытию. Трение шариков по образцу, в известном смысле, моделирует истирание покрытия шипами. Оптимальная частота вращения барабана для данной конструкции мельницы – 90 оборотов в минуту, так как при такой скорости вращения абразивное воздействие шаров максимально и наиболее полно моделирует реальное воздействие на покрытие, сочетая ударное воздействие и истирание.

Общий вид (в сборе) работающей установки АШМ. С целью наблюдения за поведением образцов и шариков в процессе испытания на мельницу установлена торцевая крышка из прозрачного материала
Общий вид (в сборе) работающей установки АШМ. С целью наблюдения за поведением образцов и шариков в процессе испытания на мельницу установлена торцевая крышка из прозрачного материала

Через шесть часов, по окончании испытания, образцы извлекаются из барабана мельницы, отмываются от частиц грязи и снова определяется их объем. По разности начального и конечного суммарного объема образцов определяется показатель АШМ (в % потери объема). Более высокие значения показателя свидетельствуют о большей потере объема образцами при испытании и соответствуют меньшей способности материала сопротивляться абразивному износу.

— Чем разработанный вами метод лучше упоминавшегося PRALL?

Прежде всего, надо отметить, что метод PRALL – наиболее известный и, на мой взгляд, лучший среди других зарубежных методов тестирования устойчивости асфальтобетонов к износу шипованными шинами. Он позволяет с высокой точностью оценивать износостойкость асфальтобетонов, приготовленных с применением наиболее распространенного типа органических вяжущих – нефтяных дорожных битумов.

Но и у него есть свои «минусы». Во-первых, цена. Если импортная установка PRALL в комплекте с обеспечивающим ее работу оборудованием после недавнего подорожания евро стоит около 5 млн рублей, то наша – 600 тыс. рублей. Причем это общая стоимость, включая холодильную камеру, которая обычно и так присутствует в лаборатории для испытания материалов на морозостойкость. Если отбросить ее цену, то стоимость самой мельницы – в пределах 150 тыс. рублей, а изготовить ее несложно на любом заводе или даже в механической мастерской. Возможность изготовления в России – немаловажное преимущество в условиях действующих зарубежных санкций и ограничений на поставку в Россию высокотехнологичного лабораторного оборудования.

Есть еще один нюанс методики PRALL. По европейским (например, финским) нормам этот метод нельзя использовать, если асфальтобетон приготовлен с применением полимерно-битумного вяжущего (ПБВ), так как точность результатов при этом значительно падает. ПВБ – это улучшенное органическое вяжущее нового поколения, которое резко повышает качество асфальтобетона, приближая его к зарубежному. Этот тип вяжущего стали в последние 10–15 лет активно применять у нас в дорожном строительстве. Более того, на федеральных дорогах теперь могут использоваться дорожные покрытия только из асфальтобетонов с применением ПБВ. Это значит, что метод PRALL автоматически не может применяться на той части нашей дорожной сети, где износ асфальтобетона шипами наиболее актуален.

Наша установка не только на порядок дешевле, но и не имеет ограничений на тип вяжущего, в том числе ПБВ. Точность результата предсказания образования колеи по методу АШМ на 15–20% выше, чем у метода PRALL. В масштабах страны это выливается в существенные деньги. Кроме того, это единственный в мире метод, который учитывает реальный температурный режим эксплуатации дороги и агрессивное воздействие любых противогололедных материалов, которые будут на ней применяться и влиять на прочность и износостойкость покрытия.

Экономический эффект от внедрения нормирования и лабораторного контроля износостойкости асфальтобетонов может достигать 15–20 млрд рублей в год только на федеральных автодорогах России за счет увеличения долговечности асфальтобетонных покрытий. Учитывая же, что федеральные автомобильные дороги составляют только 10% всей сети автомобильных дорог России, реальная экономия может быть еще больше.

Общий вид (в сборе) работающей установки АШМ. С целью наблюдения за поведением образцов и шариков в процессе испытания на мельницу установлена торцевая крышка из прозрачного материала
Общий вид (в сборе) работающей установки АШМ. С целью наблюдения за поведением образцов и шариков в процессе испытания на мельницу установлена торцевая крышка из прозрачного материала

— Каковы перспективы внедрения разработанного вами метода?

На установку и метод получен патент РФ на изобретение №2465389. В соответствии с российским законодательством любое лицо, выполняющее госзаказ (федеральный, региональный или муниципальный), имеет право бесплатно применять технические решения по этому патенту. Для чего надо просто оформить через своего государственного заказчика безвозмездную неисключительную лицензию. А госзаказ – это 99% нашего дорожного рынка.

На сегодня мы подготовили для Росавтодора проект нормативного документа, где решены все основные вопросы, касающиеся оценки износостойкости асфальтобетонных покрытий. А это значит, что мы предлагаем не только аппаратный метод контроля износостойкости асфальтобетонов, но и нормативные требования к асфальтобетонам. В том числе приводятся практические рекомендации по повышению износостойкости асфальтобетонов за счет использования более износостойких типов щебня и более высококачественных органических вяжущих (ПБВ и т. п.), а также за счет целенаправленного подбора состава асфальтобетона. Все эти предложения явились результатом шестилетних наблюдений на более чем двадцати участках дорог с разной интенсивностью движения и с разными типами покрытий. При этом было испытано более 150 составов различных асфальтобетонов. Также проект этого нормативного документа содержит рекомендации по проектированию дорожных покрытий с учетом образования колеи износа. С помощью данной методики проектировщик может назначить необходимые для конкретного объекта требования к износостойкости асфальтобетона и заложить эти требования в проект.

Например, по этой методике мы рассчитали какой показатель износостойкости должен быть на северном участке Западного скоростного диаметра С.-Петербурга (ЗСД), для того чтобы глубина колеи не превышала допустимой величины. С согласия подрядчиков и дирекции ЗСД мы на нашей установке проверили все представленные на утверждение составы асфальтобетонов для верхнего слоя дорожного покрытия на этом участке. Согласие всех сторон было необходимо, так как проверка асфальтобетонов на износостойкость пока не является стандартной процедурой. Примерно 30% составов пришлось забраковать по износостойкости, хотя по всем стандартным показателям это были вполне хорошие асфальтобетоны. Подрядчики их заменили на более износостойкие составы. В результате можно быть уверенным, что весь установленный межремонтный срок дорожное покрытие будет служить исправно.

На сегодняшний день есть несколько дорожных организаций в Москве, Подмосковье, Петербурге и Воронеже, с которыми мы уже несколько лет сотрудничаем по этой проблеме, в том числе и в рамках совместного участия в деятельности Рабочей группы по исследованию причин дефектов асфальтобетонных покрытий. Такая рабочая группа, объединяющая на общественных началах специалистов разного профиля из разных дорожных организаций, существует в Петербурге уже около 10 лет. Коллеги из разных регионов присылают нам свои образцы для проведения испытаний на износостойкость. Полезность информации, полученной по результатам таких испытаний, была неоднократно проверена ими на практике.

К сожалению, методика пока официально не утверждена в Росавтодоре. Сейчас в нашей стране активно идет работа над новой нормативной базой по проектированию дорожных одежд, и мы надеемся, что критерии оценки долговечности дорожной одежды, которые бы учитывали колейность, будут туда включены. Причем мы не считаем, что должен быть признан исключительно метод АШМ. Он и его европейский аналог PRALL вполне могут быть гармонизированы между собой и могут успешно сосуществовать в наших новых стандартах. Именно так построен европейский стандарт EN 12697-16, который включает два метода (шведский и финский) испытаний асфальтобетона на износ шипованными шинами. Пусть наши испытательные лаборатории будут иметь возможность выбора метода испытания в зависимости от наличия или доступности того или иного оборудования, а также в зависимости от того, какой тип асфальтобетона надо испытать.

Ведь общая цель всех инженеров-дорожников, сделать наши автомобильные трассы удобнее, безопаснее и качественнее. Мы готовы сотрудничать со всеми заинтересованными структурами, делиться своими знаниями и опытом для пользы общего дела. И совместными усилиями приблизить тот момент, когда русские дороги станут не хуже, а то и лучше западных.

— Ну что же, желаем вашему Институту успехов в приближении этой долгожданной цели.

Спасибо.

Беседовал Петр Щеголев
Фотоматериалы предоставлены АО «Институт «Стройпроект»

Николай Беляев

Начальник отдела научно-технического сопровождения
АО «Институт «Стройпроект»