26.04.12 22:49

Начальник испытательной лаборатории

ОАО «Тоннельный отряд №44», к.т.н. Дьяков К.А.

Заместитель начальника испытательной лаборатории

ОАО «Тоннельный отряд №44», к.т.н. Черсков Р.М.

ОБЗОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ПО ДРЕНИРУЮЩИМ АСФАЛЬТОБЕТОНАМ

История вопроса

Дренирующий асфальтобетон это пористый материал, применяемый в качестве покрытия автомобильных дорог поверх плотного асфальтобетона и обеспечивающий быстрый отвод воды с поверхности дороги. В США этот материал получил название open graded friction course (OGFC) и применяется уже более 60 лет. Эти смеси были разработаны в 1940-х годах для повышения уровня безопасности на дорогах. Подбор смеси производился таким образом, чтобы в уплотненном материале имелась система сообщающихся пор, по которым вода с поверхности дороги удаляется намного быстрее, чем при покрытии из плотных смесей. Это достигается за счет особенности гранулометрического состава смеси, основную долю которого составляет одномерный щебень. Калифорния была первым штатом США, который в 1944 году начал использование дренирующего асфальтобетона. Особую популярность в США эти смеси приобрели в 1970-х, когда начала действовать программа федерального дорожного агентства (FHWA) по борьбе с заносами на дорогах.

Методика проектирования дренирующих асфальтобетонных смесей, первые принципы которой были разработаны FHWA в 1974 году, отличалась от методики подбора для обычных смесей, что связано с особенностью структуры этого материала. Независимо от применяемого метода подбора состава высокая пористость приводит к пониженному количеству межзерновых контактов и, как следствие, к пониженной долговечности дренирующего асфальтобетона. Большинство методик проектирования состава для улучшения эксплуатационных характеристик рекомендует повысить содержание вяжущего, использовать более вязкое вяжущее и/или ввести соответствующие добавки.

Производство и укладка дренирующих асфальтобетонных смесей мало чем отличается от производства и укладки обычных смесей. Возможно увеличение времени перемешивания компонентов смеси из-за использования добавок и температуры смеси, что связано с использованием более вязких сортов вяжущего. Для укладки используется обычный асфальтоукладчик. Уплотнение производится только с использованием статических гладковальцевых катков, поскольку пневмошины могут вырывать смесь, а виброкатки могут переуплотнить смесь, что вызовет снижение пористости.

Покрытия из дренирующего асфальтобетона были созданы для увеличения безопасности на дорогах, но помимо высоких сцепных характеристик они обладают и рядом других преимуществ. Высокая пористость обеспечивает водопроницаемость, что уменьшает количество поверхностной воды и, таким образом, уменьшает образование брызг при дождливой погоде. Это ведет к снижению риска аквапланирования и увеличению видимости на дорогах, а в конечном итоге – к повышению уровня безопасности дорог. Кроме того, особая текстура поверхности дренирующего асфальтобетона способствует сокращению шума, возникающего при взаимодействии шины с покрытием.

Видео 1: Улучшенная видимость при дожде на дороге с резинированным дренирующим асфальтобетоном


Видео 2: Пониженный уровень шума на дороге с резинированным дренирующим асфальтобетоном

К сожалению, покрытия из дренирующего асфальтобетона имеют и ряд недостатков. Высокая пористость служит причиной низкой прочности; ускоренного старения битумного вяжущего в асфальтобетоне, поскольку кислород имеет доступ к большей площади поверхности смеси; более быстрого замораживания нижележащих слоев, поскольку дренирующий слой не обладает теми теплоизоляционными свойствами, какие имеет покрытие из плотных смесей. Существенным недостатком таких покрытий является необходимость специального зимнего содержания и мероприятий по очистке пор, которые могут засориться.

Из-за проблем с долговечностью, в основном связанных с несовершенством состава, в 1980-х в США многие штаты прекратили использование дренирующих асфальтобетонов. Однако, некоторые штаты, включая Джорджию, Техас и Орегон попытались усовершенствовать состав и продолжали использовать этот материал. Изменения включали применение полимерно-битумного вяжущего, введение волокнистых добавок в целях стабилизировать смесь и уменьшить стекание вяжущего, увеличение содержания вяжущего и пористости, а также использование более прочных минеральных заполнителей. Полимерно-битумное вяжущее способствовало образованию более толстых пленок вяжущего на зернах минерального материала, что снижало его окислительное старение и препятствовало разрушению покрытия.

Помимо США активное применение дренирующего асфальтобетона велось и в других странах, среди которых можно отметить Японию, Великобританию, Францию, Нидерланды, Германию. В отличие от дренирующих асфальтобетонов, используемых в США (OGFC), применяемые в Европе дренирующие асфальтобетоны имеют несколько большую пористость 18-22%, требуют обязательного применения полимерно-битумного вяжущего и предъявляют более высокие требования к минеральным материалам.

Проектирование состава дренирующих асфальтобетонных смесей

Начнем этот раздел с рассмотрения методик подбора состава дренирующих асфальтобетонов в США, где этот материал используется уже более 60 лет. Первая широко используемая методика проектирования дренирующих асфальтобетонных смесей была разработана Федеральным дорожным агентством (FHWA) США и издана в 1974 году. Она была изменена дважды (в 1980 и в 1990 году), пока в результате исследований Национального центра исследований асфальта (NCAT) не была создана методика проектирования состава дренирующих асфальтобетонных смесей нового поколения. В этом нормативе даны рекомендации касательно выбора материалов, грансоставов, оптимального содержания вяжущего, температуры смеси и водостойкости. Рекомендуется использовать высококачественные минеральные материалы, в то время как выбор битумного вяжущего и добавок зависит от местных условий. Рекомендуемые FHWA и NCAT грансоставы дренирующих асфальтобетонных смесей (Kandhal, P. (2002). Design, Construction, and Maintenance of Open-Graded Asphalt Friction Courses. Information Series 115. National Asphalt Pavement Association.) представлены в таблице 1.


Таблица 1Рекомендуемые грансоставы дренирующих асфальтобетонных смесей

Размер сит

Грансостав FHWA

(проход, %)

Грансостав NCAT

(проход, %)

¾ дюйма (19 мм)

-

100

½ дюйма (12,5 мм)

100

85-100

3/8 дюйма (9,5 мм)

95-100

55-75

#4 (4,75 мм)

30-50

10-25

#8 (2,36 мм)

5-15

5-10

#200 (0,075 мм)

2-5

2-4


Подбор состава смеси согласно методике NCAT разбит на три этапа.

Первый этап это выбор материалов. К минеральному заполнителю предъявляются жесткие требования по истираемости, содержанию дробленых зерен, содержанию зерен лещадной и игловатой форм, а также по абсорбционной способности (задается верхний предел). Рекомендуется использовать полимерно-модифицированное вяжущее на две марки выше, чем обычно используется в данном регионе. Для повышения прочности и долговечности рекомендуется также использование волокнистых добавок.

Второй этап – это подбор грансостава, которые должен соответствовать пределам, рекомендуемым в таблице 1.

Третий этап – выбор оптимального содержания битумного вяжущего. Оптимальное содержание вяжущего определяется с помощью проведения ряда испытаний смеси и образцов, уплотненных в гираторном прессе. К этим испытаниям относятся: определение стекания вяжущего (не более 0,3%), пористости (не менее 18%), износостойкости образцов до и после старения (потери по массе не более 20 и 30%, соответственно), а также водостойкости (остаточная прочность не менее 80%).

Тем временем департаменты дорог отдельных штатов совершенствовали свои собственные методики подбора состава смесей, поскольку столкнулись с возникшими на их покрытиях проблемами. В результате накопленного опыта был разработан нормативный документ ASTM D 6932/D 6932M.  Этот норматив регламентирует устройство слоев износа из дренирующих асфальтобетонных смесей. Здесь представлены требования к минеральным заполнителям и битумным вяжущим, а также требования к грансоставу, типу битумного вяжущего и его содержанию в различных штатах. Особое внимание уделено форме зерен, которая должна максимально приближаться к кубовидной, и чистоте минеральных заполнителей, которые должны быть тщательно очищены от любого налета, прилипшего к поверхности каменного материала. Требования различных штатов к составу дренирующих асфальтобетонов представлены в таблице 2

Выбор оптимального содержания битумного вяжущего производится исходя из экономических соображений и накопленного опыта согласно ASTM D 7064. Для обычных дренирующих асфальтобетонных смесей содержание битумного вяжущего должно составлять 5-7% от общей массы смеси, для дренирующих асфальтобетонных смесей на полимерно-битумном вяжущем – 6-8% , а для резинированных дренирующих асфальтобетонных смесей – 8,5-10%.

В общем, в США можно выделить три подхода к выбору оптимального содержания битумного вяжущего: первый – по качественным показателям сформованных образцов, второй – по показателям масляной абсорбции, и третий – визуальное определение оптимального содержания вяжущего.

Чтобы предотвратить коррозию, что очень важно для этого вида асфальтобетона, рекомендуется введение адгезионной добавки или 1% цемента или гидратированной извести.

Выбранное содержание битумного вяжущего должно быть проверено на соответствие требованиям к стеканию, которое может быть снижено путем введения целлюлозных или минеральных волокон, дозировка которых, как правило, находится в диапазоне 0.2-0.5% от массы смеси. Смеси на основе полимерно-битумного вяжущего или резино-битумного вяжущего могут не требовать добавления волокна для обеспечения хороших эксплуатационных свойств или регулирования стекания. Требования различных штатов  таблице 2.


Таблица 2 Рекомендации различных штатов в США к подбору состава дренирующих асфальтобетонов с максимальным размером зерен 9,5 мм (3/8 дюйма) (ASTM D 6932/6932M)

Размер сит

Аризона

(немодифицированный битум)

Аризона

(резино-битумное вяжущее)

Калифорния

Флорида

Невада

Вайоминг

Джорджия

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

12,5 мм (½ дюйма)

100


100


100


100


100


100


100


9,5 мм (3/8 дюйма)

100


100


90

100

85

100

95

100

97

100

85

100

4,75 мм (№4)

35

55

30

45

29

36

10

40

40

65

25

45

20

40

2,36 мм (№8)

9

14

4

8

7

18

-

-

-

-

10

25

5

10

2,00 мм (№10)

-

-

-

-

-

-

4

12

-

-

-

-

-

-

1,18 мм (№16)

-

-

-

-

-

-

-

-

12

22

-

-

-

-

0,075 мм (№200)

0

2,5

0

2,5

0

0

2

5

0

4

2

7

2

4

Тип битумного вяжущего

PG 64-16

PG 64-16 + 20% дробленой резины

AR 4000

AR 8000

или PBA-6

AC 30 + 12% дробленой резины

AC 20P или

AC 30

PG 64-22 или

PG 70-28

PG 67-22

Содержание битумного вяжущего

6.0%

8.5-10%

6.5-8%

5.5-7.0%

Обычно 6.5%

6.3-6.8%

6.0-7.3%


В Европе дренирующий асфальтобетон также находит широкое применение в странах, где безопасность движения транспорта одна из приоритетных задач. В результате накопленного опыта здесь издан нормативный документ EN 13108-7 Offenporiger Asphalt für Straßen und Verkehrsflächen, в котором представлены общеевропейские требования к составу и свойствам дренирующего асфальтобетона.  В нем представлены рекомендуемые температуры и даны категории материала по таким показателям, как минимальная и максимальная пористость, минимальное содержание вяжущего, водопроницаемость как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, устойчивость к антигололедным реагентам и т.д.

В каждой конкретной европейской стране эти нормы привязаны к имеющимся условиям и накопленному опыту, и на основании их изданы собственные нормативные документы. Так в Германии таким документом является TL Asphalt-StB 07 Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen. Согласно этому документу температура дренирующей асфальтобетонной смеси должна быть в пределах 140-170 0С. Применение фрезерованного асфальтобетона не допускается. Гранулометрические составы дренирующих асфальтобетонных смесей в зависимости от максимального размера зерен щебня представлены в таблице 3. При этом регламентируются: пористость – в пределах 24-28%,  минимальное содержание вяжущего – 5,5-6,5 %, в зависимости от максимального размера щебня, сорт вяжущего – 40/100-65. Применение стабилизирующих добавок обязательно. Очень жесткие требования предъявляются к минеральным заполнителям по износотойкости и содержанию дробленых зерен (100%).


Таблица 3 Гранулометрические составы дренирующих асфальтобетонных смесей в Германии (TL Asphalt-StB 07)

Размеры сит, мм

Проходы, %, в зависимости от типа дренирующего асфальтобетона

РА16

РА11

РА8

22,4

100



16,0

90-100

100


11,2

5-15

90-100

100

8,0


5-15

90-100

5,6



5-15

2,0

5-10

5-10

5-10

0,063

3-5

3-5

3-5


Если принимать во внимание климатические условия стран, то для России очень важен опыт применения дренирующих асфальтобетонов в странах северной Европы. Одной из таких стран является Финляндия, где также разработаны собственные нормы на асфальтобетон PANK.ry, где представлены требования и к дренирующим асфальтобетонам. Согласно этому документу для приготовления дренирующих асфальтобетонных смесей используется дорожный битум 35/50…70/100 или битум, модифицированный каучуком КВ65 и КВ75. Рекомендуется применение целлюлозного волокна или природного асфальта. Требования к зерновым составам и содержанию битумного вяжущего представлены в таблице 4.


Таблица 4 Требования к гранулометрическому составу и содержанию битумного вяжущего для различных типов дренирующего асфальтобетона в Финляндии (PANK.ry)

Размеры сит, мм

Проходы, %, в зависимости от типа дренирующего асфальтобетона

АА16

АА11

АА8

АА5

22,4

100




16,0

90-100

100



11,2

40-62

90-100

100


8,0

27-43

33-53

90-100

100

5,6

18-34

19-33

47-67

90-100

4,0

14-28

15-28

18-34

50-70

2,0

9-19

10-19

12-23

18-30

0,5

4-10

5-9

5-10

4-10

0,063

2-4

2-4

2-4

2-4

Содержание вяжущего, % по массе

4,7-5,3

5,0-5,5

5,0-5,8

5,0-6,0


Разработанный дренирующий асфальтобетон подвергается испытаниям на износостойкость к воздействию шипованной резины (согласно SFS-EN 12697-16), водостойкость (согласно SFS-EN 12697-12) и сдвигоустойчивость (согласно SFS-EN 12697-22 или 12697-25 метод А). Рекомендуемые значения волюметрических параметров при проектировании составляют: объем пор заполненных вяжущим – 25-45%; остаточная пористость – 14-26%; пористость минерального остова – 25-35%.

Устройство слоев из дренирующих асфальтобетонов

Как уже было замечено, производство, транспортировка, укладка и уплотнение дренирующих асфальтобетонных смесей практически не отличается от таковых для обычных смесей за исключением нескольких ключевых моментов. Согласно ASTM D 6932/D 6932M, перед началом операций по укладке существующая поверхность должна быть отремонтирована (заделаны выбоины, заполнены трещины и т.д.), очищена механическими щетками или иными подобными средствами и на нее нанесена подгрунтовка. Температура воздуха в тени должна быть не менее 16 0С и увеличиваться, а минимальная температура существующей поверхности должна быть не менее 210С и увеличиваться. Укладку запрещено производить в дождь или при угрозе дождя. Температура дренирующих асфальтобетонных смесей в начале уплотнения должна быть:  при использовании обычного битума – не менее 93 0С; при использовании полимерно-модифицированного битума – 93-135 0С; при использовании резино-битумного вяжущего – не менее 135 0С.

Уплотнение смесей производится без вибрации, при этом катки должны следовать непосредственно за укладчиком. Оптимальный режим уплотнения выбирается на основании результатов пробного уплотнения.

Дренирующие асфальтобетонные смеси должны укладываться в качестве верхнего слоя покрытия с обеспечением свободного стока воды из слоя на обочины, т.е. слой не должен быть взят в «обойму». Смесь укладывается поверх слоя из плотной смеси, верх которого должен быть вровень с верхом дренажных систем. Слой из дренажной асфальтобетонной смеси не является конструктивным.

Дренирующие асфальтобетонные смеси на резино-битумном вяжущем

В США проблемы с долговечностью дренирующих асфальтобетонов уже на протяжении многих лет успешно решаются за счет применения резино-битумных вяжущих. Дренирующие асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием резино-битумного вяжущего, в зависимости от его содержания могут быть классифицированы на три основные типа.

  1. Свободно дренирующий асфальтобетон обеспечивает такие же характеристики сцепления колеса с покрытием и дренирующую способность, как и обычные дренирующие асфальтобетоны, но отличается повышенной устойчивостью к транспортным и климатическим воздействиям. Обычное содержание резино-битумного вяжущего в таком асфальтобетоне составляет 7,0-8,5% от массы минерального материала, при этом обеспечивается остаточная пористость 16-19% при уплотнении по методу Маршала за 50 ударов при 135 0С.
  2. Дренирующий асфальтобетон повышенной долговечности содержит 8,5-10% резино-битумного вяжущего и имеет остаточную пористость 11-15%. Хотя этот материал обладает меньшей дренирующей способностью, однако за счет большей толщины пленок вяжущего на зернах минерального материала обеспечивается повышенная устойчивость к окислительному старению и воздействию влаги.
  3. Дренирующий асфальтобетон для ремонта содержит 9-11% резино-битумного вяжущего и имеет остаточную пористость 8-12%. Обладая низкой дренирующей способностью этот материал помимо обеспечения высокой устойчивости к погодно-климатическим воздействиям имеет повышенное сопротивление отраженному трещинообразованию.

Помимо значительного увеличения долговечности и прочностных характеристик использование резино-битумного вяжущего за счет высокой вязкости при повышенных температурах позволяет отказаться от стабилизирующих добавок для обеспечения требуемого показателя стекания. Возможность введения повышенного содержания резино-битумного вяжущего позволяет устройство слоев с повышенной устойчивостью к образованию отраженных трещин. Требования к гранулометрическому составу резинированных дренирующих асфальтобетонных смесей представлены в таблице 5.


Таблица 5: Требования к грансоставу резинированных асфальтобетонных смесей (проход, %)

Размер сит

Максимальный размер зерен щебня в смеси

3/8 дюйма (9.525 мм)

1/2 дюйма (12.70 мм)

1/2 дюйма (12.70 мм)

100

95 - 100

3/8 дюйма (9.525 мм)

85 - 100

75 – 95

No. 4 ( 6.35 мм)

22 - 55

20 – 45

No. 8 ( 2.36 мм)

5 - 15

5 – 15

No. 30 (600 µм)

0 - 10

0 – 10

No. 50 (300 µм)

-----

-----

No. 200 ( 75 µм)

0 - 5

0 - 5

Как и обычные дренирующие асфальтобетонные смеси резинированные смеси требуют использования прочного износостойкого щебня с повышенной долей дробленых зерен и низким водопоглощением.

Производство, транспортировка, укладка и уплотнение резинированных дренирующих асфальтобетонных смесей мало отличается от таковых для обычных дренирующих смесей, однако имеются и свои нюансы: асфальтобетонные заводы должны быть оборудованы мощными насосами для перекачки резино-битумного вяжущего; кузова грузовиков перед погрузкой смеси необходимо обрабатывать мыльным раствором или силиконовой эмульсией, но ни в коем случае не дизельным топливом или керосином; уплотнение должно быть закончено до момента, когда температура смеси упадет ниже 104 0С; необходима четкая координация между различными звеньями процесса строительства, поскольку из-за высокой вязкости резино-битумного вяжущего и малой толщины слоя любые простои могут сказаться на качестве покрытия.

 

Комментарии  

 
0 #3 RobertIntep 18.01.2017 13:16
The best fitness tip for building up your arms is to work opposite muscles in opposite sets of each other. The best example would be to work the triceps and then the biceps. Each has the opportunity to rest while the other is being worked. This minimizes your time and maximizes your workout.

https://www.acheterviagrafr24.com/
Цитировать
 
 
0 #2 Дмитрий Чирва 30.08.2012 10:12
Очень интересно! Хотелось бы еще узнать насколько быстро забиваются поры у таких типов асфальтобетонов , сравним ли этот срок с межремонтным и существуют ли способы их очистки?
Цитировать
 
 
+4 #1 Елена 23.05.2012 16:06
Хочу добавить, что в процессе эксплуатации покрытия, вода, оставшаяся в порах, испаряясь под воздействием тепла, остужает слой и делает его практически не восприимчивым к колейности. Этот вид асфальтобетона хорошо бы использовать в Сочи или в других горных районах. В Японии такие типы покрытий называют "холодными"
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить