Stabiliseeritud katendikihtide analüüs ja olemus Eestis

Käesoleva lõputöö primaarseks eesmärgiks oli analüüsida, kuidas on erinevad stabiliseeritud katendikihid Eesti riigimaanteedel ekspluatatsioonis olles vastu pidanud. Analüüsis käsitletud teelõikude vanus oli kuni 15 aastat. Võrreldi erinevate bituumen-, tsement- ja kompleksstabiliseeritud aluste seisukorda defektide olemuse, kandevõime, pikiroobaste sügavuse ja teekatte tasasuse aspektist. Kõik eelnevalt nimetatud andmed tuginevad Riikliku Teeregistri andmebaasile. Analüüsidest selgus, et bituumenstabiliseeritud alustega teelõigud ei ole sobilikud teelõikutele, milledel on raskeliikluse osakaal suur. Eelkõige väljendus see madalamas kandevõimes ja sügavamates pikiroobastes. Samuti täheldati, et bituumenstabiliseeritud alustega teelõigud, mis on olnud ekspluatatsioonis kauem, kui 10 aastat näitasid märgatavalt suuremat väsimust, kui väiksema ekspluatatsiooniga teelõigud. Sellest võis järeldada, et bituumensideaine hakkab peale 10. ekspluatatsiooniaastat väsima, ega toimi enam elastse sideainena, mistõttu jäävad paljud deformatsioonidest püsivateks. Tsementstabiliseeritud katendikihtidega teelõigud paistsid silma oma suure kandevõime poolest. Seetõttu on neid rajatud ka valdavalt Eesti põhimaanteedele. Samas selgus, et hüdraulilise sideaine kasutamine tingib materjali mahukahanemist, mille tulemusel avalduvad teekattele põikpraod. Põikpraod halvendavad eelkõige sõidumugavust, mida väljendas tsementstabiliseeritud alustega teelõikudel suur teekatte tasasuse väärtus. Kõigist stabiliseerimisliikidest esinesid tsementstabiliseeritud alustega teelõikudel sügavaimad pikiroopad, mis on tõenäoliselt tingitud katte kulumisest naastrehvide toimel. Kuna tsementstabiliseeritud alustel on suurem kandevõime bituumen- ja kompleksstabiliseeritud alustest, ei saa väita, et pikiroopad oleksid tekkinud nõrgast stabiliseeritud aluskihist. Kõigist kolmest stabiliseerimisliigist on ennast õigustanud enim kompleksstabiliseerimine, kuna nende üldine seisukord on kõige parem. Seda kinnitasid ka vähesed inventeeritud defektid koos väiksemate pikiroobaste sügavuse ja teekatte tasasuseväärtusega. Analüüsist võib järeldada, et kahe erineva sideaine koosmõjul tagatakse piisavalt elastne ning suure kandevõimega katend. Veel selgus, et nõrga aluspinnase olemasolul ei suuda kompleksstabiliseerimine tagada kogu konstruktsiooni piisavat kandevõimet, mida kinnitasid vajumikausi parameetrid. Töö autor soovitab kasutada kompleksstabiliseerimist maanteedel, kus on märkimisväärne raskeliikluse osakaal. Kuna kahe sideaine koosmõjul on tagatud katendikihi suurem kandevõime, ja samas ka elastsus, mistõttu jääb püsivateks vähem deformatsioone, kui ainult ühe sideaine kasutamise puhul. Bituumenstabiliseerimine on sobilikum teelõikudele, kus raskeliikluse osakaal ei ole niivõrd määravaks. Tsementstabiliseeritud alustega teelõigud on rajatud valdavalt 2001- 2004. Kuna hilisemaid tsementstabiliseeritud aluseid Riiklik Teeregister ei kajastanud võib järeldada, et ainuüksi jäik katendikiht ei ole 2015. aasta seisuga enam soositud. Lõputöö sekundaarne eesmärk oli võrrelda stabiliseeritud aluste kaudseid tõmbe- ja survetugevusi. Kõik laboratoorsed andmed pärinevad AS Teede tehnokeskuselt ja ei kajasta eelnevalt analüüsitud teelõikude seisukorda. Analüüsides kaudseid tõmbetugevusi kompleksstabiliseeritud proovikehadel selgus, et seitsme päeva vanustel proovikehadel on vajalik tugevus valdavalt tagatud, kuid 28 päeva vanustel proovikehadel mitte. Sarnane nähtus ilmnes nii kompleks-, kui ka tsementstabiliseeritud proovikehade survetugevustega. Peamine põhjus proovikehade tugevuste aeglasel, või peaaegu olematul kasvul on tõenäoliselt tingitud proovikehade erievatest sideaine kogustest, mistõttu proovikehade kivinemine on madalama sideaine sisaldusega proovikehadel aeglasem. Teiseks arvatavaks põhjuseks on proovikehade väike niiskussisaldus. Teadaolevalt saavutab tsement suurema tugevuse niiskemas keskkonnas kiiremini, kui kuivemas.

Analysis and nature of stabilised pavement layers in Estonia. According to the guidelines for the construction of stabilised pavement layers, stabilisation may be defined as improvement of the properties of naturally occurring soil or materials or of milled material, untreated or scarified from bound pavement, through the addition of new materials for the purposes of increasing the load bearing capacity and evenness of the road structure and enhancing its weather resistance. A stabilised pavement layer has several advantages compared to an unbound layer. First, it is possible to conserve new aggregate materials, since the thickness of a stabilised pavement layer is approximately half the thickness of an unbound layer. Second, if stabilisation is done lane by lane, there is no need to redirect traffic onto nearby roads. The final and, in the author’s opinion, the most important advantage is the advantage of achieving higher bearing capacity compared to an unbound layer. The primary objective for this final paper was to analyse the condition of various stabilised pavement layers on state roads in Estonia. The age of the road sections analysed was up to 15 years. The conditions of various bitumen, cement and composite stabilised base courses were compared in terms of the nature of defects, bearing capacity, rutting depth and pavement evenness. All of the above information draws on the database of the National Road Register. Analyses revealed that road sections with bitumen stabilised base courses are not suitable for road sections subject to a high proportion of heavy vehicle traffic. In particular, this manifested in lower bearing capacity and deeper rutting. It was also observed that road sections with bitumen stabilised base courses in service for longer than 10 years exhibited noticeably greater fatigue than road sections with shorter lengths of service. This suggested that for bituminous binder fatigue sets in after the 10th year of service, and it no longer acts as an elastic binder, with the result that many deformations become permanent. Road sections with cement-stabilised pavement layers stood out in terms of their high bearing capacity. Therefore, they have been mostly constructed on main roads in Estonia. At the same time, it became apparent that using hydraulic binder causes shrinkage in material, resulting in the appearance of transverse cracks in pavement. In particular, transverse cracks cause deterioration in driving comfort, as indicated by the high evenness value of pavement on sections with cement stabilised base courses. Out of all the types of stabilisation, road sections with cement stabilised base courses presented the deepest longitudinal rutting, pointing to the use of studded tires. Of all three types of stabilisation, composite stabilisation has proven the most effective, since its overall condition is the best. This was also confirmed by few registered defects, together with smaller rutting depths and pavement evenness values. Based on this analysis, it may be concluded that the interaction of two different binders assures a sufficiently elastic pavement with high load bearing capacity. Furthermore, it became evident that, if the subgrade is weak, composite stabilisation is unable to assure the sufficient load bearing capacity of the whole structure, as confirmed by rebound deflection parameters. The secondary objective of the thesis was to compare the stabilised courses indirect tensile and compressive strengths. All laboratory data came from Teede tehnokeskuse AS and do not reflect the pre-condition of the analyzed road sections. By analyzing the indirect tensile strengths about composite stabilisation specimens revealed that the seven-day old specimens are predominantly guaranteed the necessary strength, but not the 28 days old specimens. A similar phenomenon occurred so composite, as well as samples of the cement stabilised pressure strengths. The main reason for the slow growth of a strong samples is probably due to the different binder content of the samples. It is known that cement achieves higher strength moisture environment faster than the driest. Other reason may be due to the moisture content of the samples.