ИнтерСтройЭкспо 2016
04.05.2016
С 20 по 22 апреля 2016 года в Санкт-Петербурге, в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ» состоялась 22-я Международная выставка «ИнтерСтройЭкспо», крупнейшая на Северо-Западе России международная выставка строительных, отделочных материалов и строительной техники.
Евроасфальт и Евробитум 2016
29.04.2016
Конгресс, который состоится с 1 по 3 июня в Праге, станет важной вехой в развитии асфальтовой и битумной промышленности Европы. Предоставив возможность ведущим специалистам отрасли подвести итоги проделанной работы и наметить планы на будущее, он послужит полноценной стратегической платформой для ее дальнейшего развития.
 

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ /Дорожная Техника 2012/

Пахаренко Д.В., Колесник Д.А.

На грузонапряженных автомобильных дорогах необходимо отказаться от применения пористых асфальтобетонных смесей в нижнем слое покрытия.

В Российском ГОСТ 9128 существует понятие пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей, остаточная пористость которых составляет от 5 до 10 % и свыше 10 % соответственно. В большинстве случаев данный вид асфальтобетона применяется для устройства нижних слоев асфальтобетонной дорожной одежды с использованием щебня крупностью до 40 мм. Установлено, что конструктивный слой из пористого асфальтобетона обладает высокой водопроницаемостью и периодически насыщается водой, теряя при этом свои прочностные характеристики. Вода может проникать в асфальтобетонный слой как сверху, сбоку, так и снизу из щебеночного основания, тем более, что в крупнозернистых смесях содержится большое количество взаимосвязанных открытых пор и они склонны к проникновению воды даже при остаточной пористости 5-7 % [2]. В результате ослабевает вся конструкция дорожной одежды. В научных работах [3; 4] приводится множество реальных примеров преждевременного разрушения покрытий, где причиной являлись асфальтобетонные слои, которые поглощают и удерживают влагу. При насыщении водой и под действием движения автомобильного транспорта происходит отслоение битумной пленки от каменного материала, что приводит к дальнейшим повреждениям слоев асфальтобетона. Также отмечается, что большинство выбоин и разрушений наблюдается не у оси, а у кромки покрытия, поскольку именно там происходит накопление влаги.
Кроме того, пористый асфальтобетон содержит меньшее количество битума и обладает более низким сопротивлением к усталости и растягивающим деформациям. Как говорилось выше, в России данный вид асфальтобетона используют для устройства нижних слоев, которые, в соответствии с концепцией вечных дорожных одежд [5;13], должны обладать высокой стойкостью к усталости при растяжении. На рисунке 1 в виде схемы кратко изложена концепция вечных дорожных одежд.
Огромный положительный опыт применения плотных смесей в нижних слоях покрытия накоплен в Санкт-Петербурге. При ремонте городских улиц и магистралей уже более 10 лет в качестве нижнего слоя покрытия применяется не пористый, а крупнозернистый плотный асфальтобетон типа А.

При применении крупнозернистых асфальтобетонов необходимо увеличить содержание щебня до 60-65 %.

Сравнивая зерновой состав крупнозернистых асфальтобетонных смесей (Тип А, пористая) по ГОСТ 9128 с зерновыми составами асфальтобетонов как Европы, так и США [1;6.10] (табл. 1), можно сделать вывод, что в требованиях к нашим крупнозернистым смесям ограничивается количество щебня 50-60 %. В то же время, в стандартах других стран содержание щебня составляет от 50 до 75 %. Также следует отметить, что содержание щебня растет при увеличении его крупности (см. табл. 1). Во всех спецификациях и комментариях к ним рекомендуется приближать зерновой состав к нижней границе грансостава для повышения жесткости слоя и увеличения его сдвигоустойчивости. Смеси, близкие к нижней границе контрольных пределов (те, что проходят ниже рекомендуемой зоны и кривой максимальной плотности), имеют лучшую каменную структуру и повышенную устойчивость к колееобразованию [6;11]. Занижая количество щебня в крупнозернистых смесях и одновременно увеличивая их мелкую составляющую, мы получаем в зоне наиболее опасных сжимающих нагрузок (см. рис. 1) асфальтобетон, склонный к накоплению пластических деформаций и к колееобразованию, который относится к легкоуплотняемым, пластичным смесям, это также подтверждается в работе [12].

На автодорогах с большой интенсивностью и грузонапряженностью движения в слоях покрытия не рекомендуется применять асфальтобетон типа Б,

поскольку его зерновой состав относится к легкоуплотняемым асфальтобетонам. В лаборатории ЗАО «ВАД» был проведен сравнительный эксперимент по определению склонности к уплотняемости различных смесей на гираторе-компакторе (рис. 2). Данный прибор позволяет изготавливать образцы из асфальтобетонной смеси диаметром 100 и 150 мм путем вращения относительно вертикальной оси специальной стальной формы под постоянным углом наклона и с приложением вертикального давления 600 кПа, что примерно соответствует давлению колеса автомобиля на покрытие. В результате смесь подвергается сдвиговым деформациям и уплотнение происходит без разрушения, дробления, изменения зернового состава и структуры, в отличие от процесса изготовления образцов при постоянном давлении на прессе стандартным способом. При этом на гираторе-компакторе существует несколько режимов изготовления образцов — до требуемой (заданной) плотности, по количеству оборотов при уплотнении и до заданной высоты образца. Таким образом, помимо обычного изготовления образцов для проведения дальнейших испытаний, по числу оборотов при формовании на гираторе-компакторе мы можем оценивать склонность смеси к уплотняемости (то есть, малое число оборотов — смесь легкоуплотняемая, большое число оборотов — трудноуплотняемая, жесткая смесь). В результате мы получаем информацию, которая косвенно характеризует как технологические свойства асфальтобетонной смеси, так и ее дальнейшее эксплуатационное поведение (устойчивость к колееобразованию).

В нашем эксперименте (табл. 2) уплотнение проводилось при одинаковой температуре, смеси изготавливались на одном и том же битуме и каменных материалах.
Как видно из данных, приведенных в таблице 2, наибольшую склонность к уплотнению показала смесь типа Б, которая всего за 35 оборотов гиратора достигла требуемой плотности, смесь типа А № 3 с высоким (в пределах ГОСТ) содержанием частиц размером мельче 0,63 мм также можно отнести к легкоуплотняемым, на дороге, при интенсивном движении, такой асфальтобетон будет склонен накапливать пластические деформации.
Смесь типа А № 1, выпускаемая по утвержденному рецепту завода АБЗ-ВАД, и экспериментальная смесь типа А № 2, приготовленная в лаборатории, с минимальным в пределах ГОСТ содержанием частиц размером мельче 0,63 мм показали высокую устойчивость к уплотняемости (уплотнению), что свидетельствует о наличии жесткой каменной структуры в материале. На уплотнение таких асфальтобетонных смесей потребуется затратить большее количество энергоресурсов, но в то же время данные асфальтобетоны будут более устойчивыми к колееобразованию.
На рис. 3 показан график зависимости остаточной пористости от числа оборотов гиратора для смесей, приведенных в таблице 2, на котором четко видно резкое снижение количества пор в процессе уплотнения у асфальтобетона типа Б и асфальтобетона типа А № 3 с высоким содержанием частиц размером мельче 0,63.мм. Согласно подходу системы Суперпейв и спецификациям США, в смеси с оптимальным гранулометрическим составом и количеством битума должно содержаться 4.% пустот (остаточная пористость 4 % или требуемая плотность 96 % от максимальной теоретической плотности) при количестве оборотов гиратора — Ndesign. Для дорог с высокой интенсивностью Ndesign составляет 125 оборотов. Как видно из графика, асфальтобетонная смесь типа Б достигла требуемой остаточной пористости 4 % всего за 44 оборота гиратора, смесь типа А № 3 — за 58 оборотов — это свидетельствует о легкоуплотняемости (пластичности) данных смесей.

При использовании гранитного материала для производства асфальтобетонных смесей необходимо обязательное введение адгезионных присадок, 

даже для нижних слоев, поскольку при насыщении водой идет значительное снижение прочности асфальтобетона.
В лаборатории ЗАО «ВАД» было определено, что снижение модуля жесткости у асфальтобетона на гранитных материалах после водонасыщения составляет порядка 20-30 %, в то же время такого падения не наблюдалось у аналогичного асфальтобетона на габбро-диабазе. На рис. 4 показано оборудование по определению модуля жесткости в соответствии с европейским стандартом EN 12697-26 Метод С. Данное оборудование является универсальным и позволяет проводить испытания асфальтобетонных образцов, как взятых из покрытия (кернов), так и заформованных в лабораторных условиях. Так же с использованием данного оборудования можно испытывать асфальтобетон на ползучесть при трехосном сжатии EN 12697-25 Метод В, что фактически является аналогом испытания на устойчивость к колееобразованию на приборе «Wheel Tracker» (малое колесо), и определять усталостные характеристики при непрямом растяжении EN 12697-24 Метод Е.

Конструкции дорожных покрытий

На сегодняшний день в Европе и в США на наиболее загруженных трассах, как правило, применяются следующие конструкции дорожных покрытий, обеспечивающие высокую стойкость к колееобразованию, в том числе от воздействия шипов покрышек (абразивный износ):
1.) двухслойное покрытие SMA (ЩМА) — нижний слой из щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси SMA 16 или SMA 22; верхний слой из SMA 10;
2.) двухслойное покрытие — нижний слой SMA 16 или SMA 22; верхний слой тонкослойное износостойкое покрытие прерывистого (открытого) грансостава (OGFC) или «Novachip»;
3.) двухслойное покрытие — нижний слой крупнозернистый жесткий плотный асфальтобетон с высоким содержанием щебня (до 65-75 %); верхний слой — тонкослойное износостойкое покрытие открытого грансостава (OGFC) либо «Novachip», либо SMA 10.
Финские нормы на асфальт [6] рекомендуют в качестве покрытия на магистралях с высокой интенсивностью движения применение асфальтобетонов с повышенной крупностью каменного заполнителя — SMA 16 и SMA 22. Главным образом это связано с обеспечением устойчивости покрытия против абразивного износа шипованными автомобильными шинами. Российский аналог SMA 16 — ЩМА 20 по ГОСТ 31015-2002, SMA 22 — ЩМА 30 по СТО ЗАО «ВАД» 3490716.042-2012.
Российским аналогом тонкого слоя износа «Novachip» является тонкослойное покрытие из горячей битумоминеральной смеси БМС 0/10 или БМС 0/15 по СТО ЗАО «ВАД» 3490716.017-2009.
Для сравнения в таблице 3 приведены гранулометрические составы смесей, применяемых для верхнего слоя покрытия (слоя износа) в странах Скандинавии, США и России. Зерновые составы БМС 0/15, применяемой ЗАО «ВАД», и скандинавского износостойкого асфальтобетона схожи и имеют незначительные отличия.
При этом нижний слой рекомендуется делать на более жестком вяжущем, например ПБВ 60 с пенетрацией ближе к 60 ед. или с использованием модификаторов.
Данные конструктивы соответствуют концепции вечных дорожных одежд (рис. 1) [4;13], которая разработана в США и в настоящее время является наиболее прогрессивной.

При выборе и подборе состава асфальтобетонной смеси пользоваться современными подходами с применением новых методов и способов испытаний материалов

На сегодняшний день известно множество различных методов и способов проектирования состава асфальтобетона, но значительный интерес представляют методики, которые наиболее точно характеризуют физико-механические свойства и эксплуатационное поведение асфальтобетона — модуль упругости (жесткости) при различных температурах, устойчивость к образованию колеи, чувствительность к воздействию влаги (водостойкость), усталостная долговечность, трещиностойкость.
Кроме этого, из проведенного анализа литературы [4-12] и опыта лабораторных экспериментов можно сделать вывод, что при подборе асфальтобетонных смесей необходимо строго учитывать объемно-весовые характеристики, в частности ограничить остаточную пористость 3-5 % (в среднем 4 %), пористость минеральной части, количество пор, заполненных вяжущим 65-75 %, соотношение минерального порошка (частиц размером менее 0,071) к эффективному битуму (0,6-1,6). Данные показатели легко рассчитываются, но, в свою очередь, имеют значительное влияние на качество выпускаемой асфальтобетонной смеси.
К сожалению, в России на данный момент нет четкого подхода и разработанных методик, которые учитывали бы все перечисленные выше показатели при проектировании состава асфальтобетона, поэтому нам необходимо нарабатывать статистику, постепенно внедрять и использовать данные характеристики и методы на практике, учитывая положительный зарубежный опыт.
Таким образом, на основе анализа как собственного, так и зарубежного опыта, мы рассмотрели ряд мероприятий, которые уже сейчас позволят повысить долговечность асфальтобетонных покрытий. Безусловно, проектировщики и экономисты должны принять к рассмотрению, оценить данные мероприятия и внести их в соответствующую документацию.

Список литературы

1. EN 13108.1 (D) Bituminous mixtures. Material specification Part 1 Asphalt Concrete.
2. Mallick R. B. et al. Evaluation of Factors Affecting Permeability of Superpave Designed Pavements. National Center for Asphalt Technology, Report 03.02, June 2003.
3. Kandhal P. S. and I. Rickards. Premature Failure of Asphalt Overlays from Stripping: Case Histories. Asphalt Paving Technology, Volume 70, 2001.
4. Kandhal P..S. Moisture Susceptibility of HMA Mixes: Identification of Problem and Recommended Solutions. National Asphalt Pavement Association, Quality Improvement Publication (QIP) No. 119, December 1992.
5. Радовский Б..С. Концепция вечных дорожных одежд // Дорожная техника. Каталог-справочник 2011. С. 120.132
6. Финские нормы на асфальт 2000: Совещательная комиссия по покрытиям PANKry, Хельсинки (Finisn Specifications for asphalt 2000: Advisory commission on pavements PANKry, Helsinki).
7. Standart specification for highway construction. Alaska Department of Transportation and Public Facilities — 2004
8. Standart specification for Road, Bridge and Municipal construction. Washington State Department of Transportation (WSDOT) — 2010.
9. John D‘Angelo, John Bukowski, Thomas Harman. Superpave Asphalt Mixture Design Workshop Workbook, U..S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, version 6.2 — July 1999.
10. National asphalt specification. Australian Asphalt Pavement Association Limited (AAPA), Edition 2 — April 2004.
11. Горячие асфальтовые смеси, материалы, подбор составов смесей и строительство автомобильных дорог в северной Америке. Передовой зарубежный опыт. Национальный центр по асфальтовой технологии (NAPA), третье издание, «Росавтодор», 2009.411с.
12. Мирошниченко С..И. Стратегический материал//Автомобильные дороги. 2011. №.4. С. 47.52.
13. David E. Newcomb, Richrd Willis, David H. Timm. Perpetual Asphalt Pavements. Asphalt Pavement Alliance — 2009.

< Назад

 

Поиск

Автор
Год выпуска
СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ/Дорожная Техника 2003/
Специалисты кафедры «Строительные материалы и технологии» Петербургского государственного университета путей сообщения уже на протяжении долгих лет занимаются разработкой и внедрением прогрессивных материалов для мостостроения. В предлагаемом обзоре приведены сведения о современных материалах, используемых при возведении и реконструкции мостов.
  © 2008 Славутич Разработка сайта Vitrum-Media