Применение охлаждающих красок в дорожном строительстве

В России в настоящее время большая часть дорог имеет асфальтобетонное покрытие, в котором в качестве свежующего используется дорожный битум. Битум обладает такими характеристиками как температура размягчения и старение битума. При повышении температуры и в зависимости от количества циклов нагрева и охлаждения покрытия ухудшаются его состояние и как следствие уменьшается срок службы покрытия.

Основным источником нагрева дороги является солнце. В России большая часть дорог находится в южной части страны с высоким температурным режимом в летнее время. Также в этой части страны расположено большое количество дорог (рис. 1), обслуживающих значительный транспортный поток. Солнце нагревает покрытие, увеличивая его пластичность, и под воздействием нагрузки проезжающих автомобилей на дороге образуются колеи. Колеи со временем увеличиваются, что приводит к необходимости замены всего покрытия.

Методом понижения температуры нагрева покрытия может быть осветление асфальтобетона. Осветленный асфальтобетон - это асфальтобетон, в котором в качестве крупного заполнителя используют каменные материалы светлых тонов. В Советском Союзе проводили опыты в данном направлении с целью сбережения электроэнергии. Проводились опыты с применением различных заполнителей. При этом определялся коэффициент отражения солнечных лучей от покрытий с разными заполнителями. Данные эксперименты позволили понять, что применение данного асфальтобетона позволит уменьшить расход электроэнергии путем увеличения количества отражаемого и улучшить видимость дорожного полотна в ночное время суток. При этом сохранялись характеристики сцепления с дорогой автомобильного транспорта [7].

Рис. 1. Карта сети автомобильных дорог России федерального значения [5]

В южной части страны температура воздуха летом поднимается выше 30 градусов (рис. 2), что приводит асфальтобетон к высокой пластичности.

Для продления срока службы покрытия необходимо добиться уменьшения температуры нагрева покрытия, что в свою очередь позволит: равномерно прогреваться телу насыпи и территориям, прилегающим к дороге; увеличить время между ремонтными работами; снизить затраты на обслуживание дорог.

Рисунок 2 - Карта температурных зон России (июль)

Решением поставленных задач может послужить применение специальных красок и покрытий, наносимых поверх асфальтобетонного покрытия. В данный момент таких красок для дорожного покрытия не существует, но есть краски, которые применяют (экспериментально) при строительстве зданий и сооружений. При проведении эксперимента, на часть листа металла наносилась инновационная краска в виде квадрата, а затем с помощью тепловизора замерялась температура. В результате эксперимента было выявлено, что температура нагрева квадрата значительно ниже, чем на оставшейся площади листа не покрытой краской (рис. 3). Также согласно проводимым испытаниям и исследованиям, в зданиях, где применялась новая краска, температура оказалась ниже, чем в таких же зданиях без нового покрытия [2].

Рис. 3. Эксперимент по нагреву предмета с нанесённой краской [4]

Принцип работы данной краски заключается в способности отражать солнечные лучи (рис. 4).

Рис. 3. Отражение солнечных лучей [1]

Например, хороший результат показала израильская краска SolCold. Эта краска при нанесении на здание (температура была на 10 градусов меньше обычного) отражает до 98% солнечных лучей.

Подобная краска, разработанная Стэндфордским университетом, также показала хорошие результаты, уменьшив потребление электроэнергии на 21%. Данная краска представлена в нескольких цветах, и обладает водонепроницаемыми свойствами. Но у нее есть недостаток - низкая прочность.

Охлаждающие краски состоят из двух слоев, наносимых друг на друга: внешний - предназначен для фильтрации света на определенных частотах; внутренний - используется для поглощения фотонов (рис. 5).

Рис. 5. Система охлаждающей краски [1]

Нанесение данной краски позволяет уменьшить температуру нагрева покрытия не только за счёт отражения лучей, но и за счет более светлого оттенка. Также можно будет применять данную краску на некоторых элементах дороги, которые очень сильно подвержены воздействию солнца таких как мостовые переходы, ограждения и т.д., при этом элементы, покрытые такой краской, будут более видимыми в ночное время.

Для использования данной краски в дорожном строительстве необходимо будет откорректировать ее свойства с целью улучшения физических качеств, а значит и применимости ее. Данная краска должна будет выдерживать постоянный поток автомобилей и очень хорошо держаться на асфальтобетонном покрытии без образования пустот (пропусков). Пустота может привести к неравномерному разогреву покрытия и в данном месте приложенная нагрузка, со временем приведет к образованию ям и последующему разрушению покрытия. Поэтому при разработке данной краски должны учитываться: условия работы и климатические зоны, в пределах которых она может применяться.

Также данная краска сможет использоваться как защитный слой, при условии добавления в ее состав полимеров устойчивых к истиранию и устойчивых к воздействию больших нагрузок. Полимерами с такими характеристиками являются полиацеталь, полиуретан, стеклотекстолит.

Краска позволит уменьшить глубину оттаивания вечномерзлых грунтов. Это в свою очередь приведет к возможности уменьшения изменения профиля дороги и снижению или полному исключению возможных деформаций, происходящих при оттаивании вечномёрзлых грунтов. Решение проблем оттаивания грунтов, позволит облегчить проектирование и строительство дорог в районах вечномёрзлых грунтов.

Также использование данной краски на дорогах с асфальтобетонными плитами позволит уменьшить температурные деформации, то есть уменьшить диапазон изменения размеров асфальтобетонных плит. Большое количество повреждений плиты получают летом, когда в стыках плит при их расширении от нагрева возникает напряжение между собой. Данное напряжение сопровождается воздействием автомобильного потока, проезжающего по данному участку дороги.

Также краска может повысить видимость дороги в ночное время, что позволит сократить количество дорожно-транспортных происшествий. При этом состав краски должен сохранять требуемый уровень шероховатости дороги или увеличивать ее, приводя к повышению сцепления колес автомобиля с покрытием.

Данные решения смогут увеличить срок службы покрытия между капитальными ремонтами, а также уменьшить количество необходимых межремонтных работ, или довести их до минимума, то есть к работам по содержанию будут только работы по восстановлению слоя краски.

Применение данных красок может привести к удешевлению ремонта за счет увлечения продолжительности срока службы асфальтобетонного покрытия и тем самым ремонта составляет 16790,90 тыс. руб. Для покрытия краской подобного участка площадью 3500м2 потребуется 490 литров стоимостью 3606,400 тыс. руб., что говорит о выгодности ее применения.

Подводя итог, можно сказать, что при доведении качеств этой краски до требований, предъявляемых в дорожном строительстве, данная краска будет очень востребована в будущем как способ продления жизни дорожного покрытия путем уменьшения температурного воздействия на битум. Ее использование позволит сократить расходы на содержание и ремонт дорог, а уменьшения количества ремонтов дорог. Например, для дорог Ⅲ-категории стоимость капитального ремонта 1 км 1 полосы составляет 25808,12 тыс. руб., а цена

сэкономленные денежные средства перенаправить на увеличение количества строящихся дорог.