Щебень для дорожного строительства

Щебень – наиболее широко используемый продукт добычи и переработки нерудных строительных материалов.

Объемы производства щебня в мире превышают 3 млрд. м³ в год. Интересной особенностью щебня как продукта, производимого из природного минерального сырья, является то, что цены на него во всем мире за последние 50 лет выросли в 2,5–3 раза. В то же время цены на большинство продуктов, производимых на базе минерального сырья (например, черные и цветные металлы), за это же время упали в 3–5 раз.

Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.

Инновационный процесс в дорожном хозяйстве представляет собой воплощение новшеств, как правило – результатов НИОКР, в научной, нормативно-технической продукции и запатентованных объектах промышленной собственности – нематериальных активах. При этом создается принципиально новое качество более технологичной продукции и формируются нормативно-технические требования к ее составу, которые используются впоследствии в инженерных дорожных проектах.

Инновационный процесс в дорожном хозяйстве представляет собой воплощение новшеств, как правило – результатов НИОКР, в научной, нормативно-технической продукции и запатентованных объектах промышленной собственности – нематериальных активах. При этом создается принципиально новое качество более технологичной продукции и формируются нормативно-технические требования к ее составу, которые используются впоследствии в инженерных дорожных проектах.

Эффективная организация производства в дорожном хозяйстве базируется на непрерывном инновационном процессе, осуществляемом в соответствии с тенденциями и динамикой научно-технического прогресса. При рассмотрении динамики технологических инноваций можно выделить фазы зарождения и материализации нового технического решения, кульминации (активного производственного использования), неизбежного прекращения жизненного цикла в результате освоения инновации или вытеснения более эффективной.

Предложены типовые функциональные алгоритмы процессов устойчивого развития инновационной деятельности, функции соответствия "ресурс – потребность – непрерывность", организации управления устойчивостью процесса развития, формирования целей и задач процессов организации и управления. Раскрывается сущность научной категории технологической инновации как материализующегося технологического новшества, то есть находящегося в процессе, развитии, в процессе внедрения в практику. Уточнены роль и значение НИОКР для инновационного процесса. Первая – опытно-исследовательская стадия НИОКР – является предпосылкой зарождения технологической инновации, вторая – опытно-промышленная – по сути, рождает технологическую инновацию. Технологическая инновация имеет два основных периода эволюции жизненного цикла: развитие (становление) и завоевание рынка, в процессе которого она либо воспринимается производством товаров и услуг, либо вытесняется новой, более прогрессивной.

Инновационная модель в дорожно-строительном производстве предполагает использование в проектах только современной высокопроизводительной техники, более качественных технологий и материалов, применение которых соответствует уровню транспортных нагрузок на дорожную одежду и обеспечивает наибольшую долговечность автодорог (межремонтный срок технической эксплуатации) в рамках выделяемых на строительство и ремонт финансовых ресурсов. Оценка эффективности технических решений по приведенным затратам становится решающим фактором повышения эффективности дорожно-строительного комплекса в инновационной модели развития дорожного хозяйства.

Первоначально ожидаемая эффективность нового технического решения может прогнозироваться по коэффициентам продления м е ж р е м о н т н о г о срока эксплуатации дорожной одежды. В дорожном хозяйстве за последние 10 лет накоплен большой опыт внедрения новых дорожно-строительных технологий и материалов, позволяющий выделить на сегодняшний момент наиболее эффективные, апробированные в дорожных условиях и имеющие разработанную нормативную базу. Специалисты рекомендуют к широкому использованию новые материалы и технологии, такие как:

– устройство самоомоналичиваемых оснований дорожных одежд из металлургических шлаков предприятий черной металлургии (НТМК, СМЗ, НСММЗ);

–применение улучшенных (более качественных и долговечных) асфальтобетонов по типу ЩМА (со стабилизирующими добавками "Виатоп-66" и "Хризотоп") на основе кубовидного щебня, имеющие значительное преимущество по сравнению с типовыми марками асфальтобетона по устойчивости к сдвигу (предотвращение колейности), макрошероховатости (высокий коэффициент сцепления, не нужно дополнительной поверхностной обработки) и долговечности (срок службы дорожного покрытия продлевается в 2 раза);

– для повышения надежности и долговечности дорожных конструкций активно начали применяться геосинтетические материалы: нетканые синтетические материалы для укрепления земляного полотна; геосетки для армирования асфальтобетона

– дорожные сетки ССНП 50/50-25 и 100/100-25 ХАЙВЭЙ используются на автодорогах федерального и территориального значения; объемные георешетки (геоматы) для укрепления откосов насыпи (выемки) и конусов путепроводов;

– современные технологии: шероховатой поверхностной обработки (ШПО) с синхронным распределением вяжущего и щебня "Чип-Сил", технология устройства слоев износа из литой эмульсионно-минеральной смеси "ЭМУЛЬДОР". Для этих технологий разработаны специальные катионные битумные и битумно-полдимерные эмульсии. Подобные технологии продлевают срок службы покрытий автодорог в 1,5–1,7 раза и эффективны по производительности и качеству отремонтированного дорожного покрытия;

– технология холодной регенерации с использованием ресайклера RACO-550 (ФГУП "Свердловскавтодор") и стабилизирующих добавок битумной эмульсии в регенерируемую смесь (асфальтогранулят). Технология является одной из наиболее прогрессивных для капитального ремонта автодорог с асфальтобетонным типом покрытия, отличается высоким показателем ресурсосбережения и энергоэффективностью. Обновляет полностью дорожную одежду, исключая повторное появление трещин, отраженных от старого дорожного покрытия;
– покрытие из полимерасфальтобетона;
– новая техника в дорожном строительстве, при ремонте и содержании автодорог;

Внедрение новых технологий потребовало п р и н ц и п и а л ь н о поднять качество дорожных работ и организовать производство современных дорожно-строительных материалов для их осуществления – кубовидных щебней, активированного минерального порошка и катионных битумных эмульсий.

Внедрение новой техники, технологий и материалов инициативно осуществляется в подрядных дорожно-строительных организациях. Все основные подрядчики положительно относятся к внедрению инноваций и оказывают организационно-техническое содействие инновационным разработкам, предоставляя технику, ресурсы и опытные участки для выполнения работ.

Общая схема организации инновационной деятельности в дорожном хозяйстве учитывает испытания инновационной продукции в производственных условиях (выпуск опытных партий, строительство опытных участков), разработку НТД и сертификацию качества инновационной продукции. Такой подход к организации инновационного процесса в дорожном хозяйстве получил поддержку проектных и дорожно-строительных организаций.

Результативность моделирования инновационной деятельности заключается в развитии теории управления технологическими инновациями, рассмотрении их в качестве продуктово-технологической платформы на современном этапе научно-технического прогресса. Введено в научный оборот качественно новое понятие – модуль функционального соответствия управления инновационной деятельностью для повышения эффективности организации производства. Установлена связь систем управления с объектами инновационной деятельности в дорожном хозяйстве и в смежных отраслях промышленного производства – в топливно-энергетическом комплексе и индустрии строительных материалов.

Методические принципы оценки экономической эффективности инноваций могут быть сопоставительными, основанными на сравнении базовой (существующей) и новой (предлагаемой) технологии, и инвестиционными, основанными на расчете дисконтированных денежных потоков затрат и результатов инновационного проекта. Сопоставительный и инвестиционный методы оценки должны дополнять друг друга при технико-экономическом обосновании инновационных проектов. Важным в современных условиях становится учет всех значимых факторов для такого сложного процесса, как инновационная деятельность, формальный подход к которому приводит к неизбежным ошибкам и неточностям в экономической оценке ожидаемого результата, и как следствие, к упущенной выгоде. Вероятность ошибок снижается корректной оценкой рисков в условиях высокой степени неопределенности инновационного проектирования.

Суммирование дисконтированных доходов участников инновационного процесса для определения общей полезности инновации осуществляется графическим моделированием или иными математическими расчетными методами. Полученный срок окупаемости инновационного проекта и обратная величина (коэффициент эффективности) в случае крупных инфраструктурных проектов целесообразно сравнить с нормативом окупаемости капитальных вложений (Е=0,12), характеризовавший ранее предел их эффективности.

Следует отметить, что до сих пор отсутствует удовлетворительная методика оценки эффективности развития дорожной сети. Эффект от снижения транспортных издержек при строительстве автодорог не дает полноты экономической картины обоснования инвестиций в дорожные проекты. Окупаемость затрат на строительство автодорог должна учитывать длительный срок жизненного цикла автодорог и мостов (не менее 30 лет), определяться по критериям развития инфраструктурных проектов. Недостаток методической базы оценки транспортных проектов сдерживает развитие инфраструктуры, негативно отражается на темпах дорожного строительства и экономического роста.

По разработанным алгоритмическим решениям выполнены расчеты и проведена оценка экономической эффективности ряда инновационных проектов – организации производства резинобитумной мастики для дорожного строительства, обоснование производства кубовидного щебня для нужд дорожного хозяйства на Монетном щебеночном заводе.

В случае выполнения инициативных научно-технических разработок оценка эффективности осуществляется в основном сопоставительными технико-экономическими расчетами, подтверждавшими эффективность разработок по сравнению с базовыми (традиционными) технологиями. Результаты оценки эффективности инноваций в дорожном хозяйстве отражаются в соответствующих технико-экономических обоснованиях и отчетах о НИР. Эффективность новых дорожных технологий и материалов (битумные эмульсии, мастики, кубовидные щебни, ЩМА, полимерасфальтобетон) определяется в основном продлением межремонтного срока эксплуатации дорожных покрытий, повышением качества строительства и экономией приведенных затрат на строительство, ремонт и содержание автомобильных дорог.

Со стороны органов управления дорожным хозяйством – федеральных и территориальных – необходимо осуществлять техническое регулирование и координацию инновационной деятельности, дальнейшее финансирование НИОКР, разработку проектной документации с использованием передовых технологий и материалов, при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Щебень для дорожного строительства

Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.

В настоящее время протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в России составляет около 600 тыс. км, и основная часть щебня кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание. Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.

Современная практика показывает, что щебень из магматических горных пород для дорожного строительства в нашей стране производится в основном на стационарных дробильно-сортировочных заводах, расположенных вблизи месторождений, главным образом на северо-западе России и на Урале.

Мобильная камнедробильная установка для получения кубовидного щебня на площадке ООО «ЭнСиСиИндустри» (Санкт-Петербург)

Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности, разрабатывающими месторождения магматических горных пород, показывает, что они в основном производят щебень в виде фракций 5–20 мм и 20–40 мм, в отдельных случаях – фракций 5–10, 10–20 и 5–15 мм. К щебню фракции 5–20 мм, используемой для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожно-строительных организаций.

Производимый щебень фракции 5–20 мм обычно сильно закрупнен. Это не позволяет подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен выпускаться в виде узких фракций (5–10, 10–15, 15–20 мм). Из узких фракций сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава.

Поставляемый щебень фракции 5–20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы – 25–40% и более. Повышенное их содержание отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Они обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными и поэтому в процессе строительства и при эксплуатации дорог разрушаются, что может приводить к образованию поверхностей, не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действии затем попеременного замораживания-оттаивания.

Асфальтобетонные смеси на кубовидном щебне (группа I) обладают лучшей уплотняемостью по сравнению с щебнем групп II и V за счет взаимного перемещения и взаимозаклинивания зерен.

В связи с этим действующая нормативно-техническая документация ограничивает содержание в смесях зерен лещадной формы: 15% — для смесей типа А, 25% – типа Б, 35% — для смесей типа В.

Особенно отрицательно действие зерен лещадной формы проявляется при поверхностной обработке асфальтобетонных покрытий с использованием фракционированного щебня, когда при укладке материала разрушается большая часть таких зерен. В этом случае их содержание в щебне не должно превышать 10%.

Отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона оказывает и повышенное количество пылевато-глинистых примесей, которые препятствуют контакту битума с поверхностью щебня. Поэтому их содержание не должно превышать: 1% – для приготовления асфальтобетонной смеси; 0,5% – для поверхностной обработки.