«Суперпейв»: проектирование состава смеси

Автор Б.С. Радовский, д.т.н., профессор, Лос-Анджелес, США

Мы завершаем публикацию серии статей, посвященных новой американской системе проектирования асфальтобетонных смесей – «Суперпейв» (Superpave). Были рассмотрены требования к вяжущему, каменному материалу, а этот обзор посвящен проектированию состава асфальтобетонной смеси.

Этапы проектирования смеси

Проектирование асфальтобетонной смеси включает в себя следующие этапы [1–4].

1. Выбирают битумное вяжущее, эксплуатационная марка которого, например, PG 58–34, должна соответствовать природным условиям местности в отношении расчетных летней и зимней температуры и условиям движения (суммарное число проездов расчетных осей по одной полосе и скорость движения). Этот этап подробно описан в первом обзоре данной серии.

2. Выбирают каменные материалы и составляют из них смесь. Эти материалы должны отвечать «согласованным» требованиям (угловатость крупных зерен, угловатость мелких зерен, содержание зерен пластинчатой и игловатой формы, содержание глинистых частиц) и требованиям к свойствам материнской породы (износостойкость, морозостойкость, содержание вредных примесей). Намечают комбинацию нескольких составляющих каменного материала, например, три фракции щебня, песок и минеральный порошок, так, чтобы кривая зернового состава минерального материала не выходила за пределы контрольных точек. Этот этап подробно рассмотрен во втором обзоре данной серии.

Таких предварительных вариантов зернового состава каменного материала (trial blend) в «Суперпейве» принято выбирать не менее трех.

3. Для каждого из вариантов зернового состава намечают предварительную рабочую формулу смеси (Job Mix Formula). В ней указывают зерновой состав каменного материала и предварительное содержание битума, которое задают на основе имеющегося опыта. Кроме кривой зернового состава данного варианта, приводят контрольные точки, соединенные отрезками прямых, а также те пределы, в которых допускается отклонение зернового состава (tolerance) производственной смеси от намеченного лабораторного состава (табл. 1 и рис. 1).

Намечая предварительные варианты зернового состава, учитывают, что соотношение содержаний минерального порошка и вяжущего по весу – так называемое dust-to-binder ratio (пыле-битумное отношение) должно, по требованиям «Суперпейва» (AASHTOM 323 [1]), быть в пределах 0,6–1,2, а для очень мелкозернистых смесей с номинальной крупностью 4,75 мм – в пределах 0,9–2,0. Впрочем, в некоторых штатах действуют другие нормы: в Небраске, например, принимают 0,7–1,7; в штате Вашингтон – 0,6–1,6 и так далее. Кроме того, часто принимают во внимание, что при подаче составляющих и при приготовлении асфальтобетонной смеси содержание каменных частиц фракции минерального порошка может увеличиться за счет истирания крупных зерен, а поэтому повышают ожидаемое содержание частиц мельче 0,075 мм примерно на 1% (от веса каменного материала).

4. Наметив рабочие формулы трех-четырех вариантов смеси, включая ориентировочное содержание вяжущего, готовят цилиндрические образцы диаметром 150 мм и высотой около 115 мм. Их уплотняют на жираторном приборе. Затем анализируют структуру уплотненной смеси в терминах объемных долей, приходящихся на вяжущее, каменный материал и воздушные поры. Процедура уплотнения и объемное проектирование смеси будут далее рассмотрены подробно на примере.

5. На основе анализа структуры вариантов смеси выбирают один вариант зернового состава, для которого формуют образцы с разным содержанием битума (обычно – при четырех содержаниях битума), и приходят к выводу об оптимальном его содержании. Определение оптимального содержания битума также рассмотрено ниже. В результате приходят к искомой рабочей формуле смеси.

6. Проверяют водостойкость и морозостойкость смеси по стандарту AASHTO T 283 [5]. Для этого испытывают на раскол цилиндры, подвергнутые водонасыщению и замораживанию. Образцы должны иметь прочность на растяжение при расколе не ниже 0,70 от первоначальной. Этот метод считается не очень совершенным и сейчас дорабатывается.

7. Определяют механические характеристики запроектированной смеси при кратковременной нагрузке по стандарту AASHTO TP 79-09 с целью оценки поведения асфальтобетона в покрытии [6].

Уплотнение образцов

В лаборатории стремятся уплотнить образец смеси в условиях, как можно ближе воспроизводящих плотность, получаемую в покрытии. Поэтому используемый в «Суперпейве» прибор жираторного (вращательного) уплотнения является ключевым в методике проектирования состава смеси.

При разработке всех методов проектирования состава асфальтобетонной смеси важнейшим являлся вопрос получения образцов, воспроизводящих плотность и прочность (например, на растяжение при расколе), получаемую для материала в покрытии после его укатки, а затем – после доуплотнения под действием транспортных средств. Метод Хвима вначале предусматривал ударное уплотнение, а впоследствии – штыкование. В методе Маршалла образец уплотняли на механическом компакторе повторными ударами цилиндрического груза с плоской подошвой, причем число ударов выбирали в зависимости от глубины расположения слоя в дорожной одежде и от категории движения. Во время исследований по созданию «Суперпейва» были рассмотрены пять способов уплотнения: ударный, штыкование, жираторный (уплотнение сдвигом при вращении), комбинация штыкования с вибрацией и уплотнение плиты укаткой с последующим высверливанием образца [8, 9]. Образцы сравнивали с уплотненными в дорожном покрытии, сопоставляя пористости, прочности на растяжение, предельные относительные деформации при растяжении, модули упругости при сжатии и растяжении, деформации при ползучести. По совокупности всех критериев, включая трудоемкость и разброс повторных испытаний, был выбран метод жираторного уплотнения. Прибор жираторного уплотнения поставляют вместе с печью для определения содержания битума выжиганием (по весьма совершенной методике). Вместе с жираторным прибором поставляется калибровочное устройство и программное обеспечение.

Полную версию статьи читайте в номере.

Прочитано 3840 раз

Заявка на подписку

Заполните это поле.
Введите, пожалуйста, адрес электронной почты!
Укажите версию подписки
Укажите период подписки
Введен недействительный тип данных
Введен недействительный тип данных
Заполняя данную форму, я передаю свои персональные данные в компанию АО "Издательство Дороги" и выражаю согласие на их последующую обработку и хранение в соответствии с ФЗ РФ №152 "О персональных данных"