Введение
В России на автомобильных дорогах с высокой интенсивностью движения активно внедряется и развивается комплексная технология объемно-функционального проектирования асфальтобетона Superpave – новейшая система проектирования состава смеси.
Упомянутая технология направлена на создание асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог более устойчивых к растрескиванию из-за низких температур, стойких к деформации и усталостному разрушению.
Основной особенностью данного метода является прогнозирование состояния дорожного покрытия (глубины колеи, усталостных трещин и низкотемпературных сеток) во времени с учетом влияния внешних факторов рассматриваемого региона (температуры, влажности), перспективой интенсивности движения.
Битумное вяжущее
Марка битумного вяжущего определяется интервалом работоспособности (PG) между двумя температурами испытания, соответствующими минимальной и максимальной расчетным температурам асфальтобетонного покрытия в рассматриваемом регионе строительства.
При определении марки вяжущего требования к показателям деформативности и вязкоупругим свойствам остаются неизменными, а изменяется температурный диапазон, в котором эти требования должны выполняться.
В отличие от традиционной классификации битумного вяжущего по маркам, шкала PG позволяет подбирать вяжущее под конкретные условия эксплуатации гораздо точнее. Такая точность увеличивает срок службы дорожной одежды.
Метод Superpave основывается на определении фундаментальных параметров битумного вяжущего без необходимости учитывать его природу и происхождение (битум, модифицированный битум, ПБВ).
Большинство характеристик, которые нормируются в настоящее время в ГОСТ 22245 и ГОСТ 52056, являются эмпирическими, поэтому битумы, испытанные в соответствии с ними, могут быть успешно использованы только в определенных климатических условиях. Например, глубина проникания иглы, температура размягчения по методу «кольцо и шар», температура хрупкости по Фраасу. Фундаментальные характеристики вяжущего не должны зависеть от его природы или от конструкции прибора, на котором их определяют. К таким характеристикам относятся, например, модуль сдвига, функция релаксации, плотность, динамическая вязкость при нулевой скорости деформации и другие.
Температурный диапазон эксплуатации автомобильной дороги оценивается максимальной и минимальной расчетными температурами конструктивного слоя, которые определяются в соответствии с ГОСТ Р 58400.3.
Марку битумного вяжущего (PG) выбирают в соответствии с значениями расчетной температуры – выше максимальной и ниже минимальной.
Вяжущее для приготовления асфальтобетонной смеси определяется по ГОСТ Р 58400.3 двумя критериями – маркой вяжущего (PG), которая характеризуется рабочим диапазоном температур, т.е. верхним значением Х, численно равным максимально допустимой температуре его эксплуатации, и нижним значением Y, численно равным минимально допустимой температуре его эксплуатации (определяются по ГОСТ Р 58400.1), а также критерием Z, характеризующим изменение марки вяжущего при максимально допустимом уровне транспортной нагрузки (определяется по ГОСТ Р 58400.2).
Температурный диапазон эксплуатации – это прогнозируемый диапазон рабочих температур конструктивного слоя асфальтобетонного слоя дорожной одежды. Для вяжущего – это диапазон температур, в котором битумное вяжущее способно сохранять необходимые свойства, т.е. разница между верхним и нижним значением марки. Вяжущее характеризуется тремя значениями – Х, Y, Z:
PG X (Z) ± Y
X — верхнее значение марки: значение, численно равное максимальной допустимой температуре эксплуатации битумного вяжущего.
Y — нижнее значение марки: значение, численно равное минимальной допустимой температуре эксплуатации битумного вяжущего.
Z — тип марки, соответствующий максимально допустимому уровню транспортной нагрузки.
В соответствии с ГОСТ Р 58400.1 битумные вяжущие подразделяют на марки PG Х, Y (Z).
Марка битумного вяжущего PG характеризуется реологическими характеристиками, которые определяют при максимально допустимой расчетной температуре покрытия Х (взамен определения температуры размягчения по КиШ) и минимально допустимой расчетной температуре покрытия Y (взамен определения температуры хрупкости по Фраасу).
Методика выбора марки битумного вяжущего в зависимости от климатических условий
Температурный диапазон эксплуатации битумного вяжущего определяется максимальной и минимальной расчетными температурами верхних слоев дорожной одежды, которые рассчитывают по формулам на срок службы асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги.
По ГОСТ Р 58400.3 корректируют расчетную температуру покрытия с учетом транспортной нагрузки.
Затем определяют возможность применения битумного вяжущего на участке расположения дороги по условию: полученное значение расчетной температуры покрытия меньше (для максимальной температуры) и больше (для минимальной температуры) верхнего и нижнего значения марки вяжущего соответственно.
Порядок определения марки битумного вяжущего, а также рекомендации по выбору марок вяжущего (по PG) с привязкой к конкретным метеостанциям, приводятся в ГОСТ Р 5800.3.
Порядок выбора марки вяжущего
Определение уровня транспортной нагрузки на заданном участке автомобильной дороги по ГОСТ Р 58400.2.
Определение по ГОСТ Р 58400.3 максимальной и минимальной температуры слоя покрытия в заданном климатическом регионе.
Определение марки битумного вяжущего проводят в соответствии с ГОСТ Р 58400.3.
Марка битумного вяжущего по PG должна быть ниже расчетной максимальной и выше расчетной минимальной температуры покрытия.
Например, PG 46 (максимальная температура покрытия) – 34 (минимальная температура покрытия) может быть применена в климатических условиях с расчетными температурами слоя покрытий 55 С и минус 28 С (при надежности 0,98).
Определение характеристик вяжущего в соответствии с требованиями ГОСТ Р 58400.2.
Для оценки на соответствие уровню транспортной нагрузки обязательно определяется устойчивость к динамическим деформациям при заданном уровне транспортной нагрузки вяжущего, состаренного по методу RTFOT.
Укладка и уплотнение асфальтобетонных смесей
Технологии укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей и соответствующие технические средства также обладают характерными отличительными признаками. Американские асфальтоукладчики предназначены в основном для распределения и выравнивания асфальтобетонной смеси в процессе строительства дорожных покрытий.
Современные асфальтоукладчики, которые производятся в Европе, снабжены активными уплотняющими рабочими органами (трамбующим брусом, виброплитой, прессующими планками в различных комбинациях). С помощью задаваемых режимов рабочих органов (частоты и амплитуды воздействия) достигается значительное предварительное уплотнение горячей асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком.
Необходимость достижения максимальной плотности асфальтобетона за короткий промежуток времени особенно востребована при пониженных температурах окружающего воздуха в момент укладки и при использовании трудноуплотняемых смесей, так как недостаточное уплотнение покрытия приводит к колееобразованию и эрозионным разрушениям.
Отказ от предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси рабочими органами асфальтоукладчика позволяет значительно увеличить скорость укладки. Но в этом случае требуемая плотность асфальтобетона должна обеспечиваться за счет более интенсивной работы катков.
Лабораторное оборудование для испытаний битумного вяжущего по системе Superpave
| Оборудование | Оцениваемые параметры | Метод оценки |
| Ротационный вискозиметр | Определение технологической вязкости при высоких температурах | Измерение момента сопротивления сдвигу вяжущего при вращении одного из коаксиальных цилиндров с постоянной угловой скоростью |
| Динамический сдвиговой реометр (DSR) | Сопротивление остаточной деформации (колееобразование) и усталостное растрескивание | Определение параметров вяжущего при рабочих температурах (средних и высоких). Принцип работы прибора – колебательный сдвиг при постоянном напряжении |
| Дуктилометр с устройством для измерения усилия растяжения вяжущих | Оценка величины когезии вяжущего | Измерение усилия при растяжении вяжущего |
| Аппарат для оценки старения битумов в тонкой пленке методом RTFOT | Сопротивление вяжущего старению в процессе приготовления и укладки смеси | Моделирование старения вяжущего при приготовлении и укладке асфальтобетонной смеси |
| Камера для определения свойств старения битумов | Сопротивление вяжущего старению в процессе эксплуатации покрытия | Моделирование старения битумного вяжущего в процессе эксплуатации дорожного покрытия |
ОСНОВНЫЕ НЕДОСТАТКИ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ВЯЖУЩИХ
- невозможность предъявления единых требований к битумному вяжущему независимо от состава, но в зависимости от условий и технологии его применения;
- определение качества вяжущих проводится по эмпирическим показателям, не связанным с конкретными условиями работы вяжущего в асфальтобетонном покрытии;
- при изменении состава вяжущего (например, его модификации) необходимо разрабатывать специальные требования.
ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ВЯЖУЩЕГО ПО PG
Концепция температурной градации PG основана на том, что битумное вяжущее должно отвечать заданным механическим показателям при соответствующих его марке температурах.
- возможность предъявить единые требования в битумному вяжущему (как модифицированному, так и немодифицированному) в зависимости от конкретных климатических и эксплуатационных условий с учетом технологии его применения;
- возможность назначить марку битумного вяжущего с привязкой к климатическим характеристикам для определённой географической территории строительства и транспортно-эксплуатационным нагрузкам;
- прогрессивные методы испытаний, позволяют эффективно модифицировать и оптимизировать состав битумного вяжущего.
Автор: Максим Подгорнов, специалист по дорожному строительству
