Проектирование состава асфальтобетонных смесей
Выбор органических вяжущих материалов. В качестве вяжущих в асфальтобетонных смесях применяют жидкие и вязкие нефтяные битумы, отвечающие требованиям следующих нормативных документов: ГОСТ 11955-82 Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия; ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.
Жидкие битумы подразделяют на классы СГ - густеющие со средней скоростью, МГ- медленногустеющие и МГО - медленногустеющие остаточные.
По вязкости жидкие битумы классов СГ, МГ и МГО делятся на марки 70/130, 130/200, где цифры означают условную вязкость, определяемую временем истечения битума в секундах через калиброванное круглое отверстие диаметром 5 мм при температуре 60°С Жидкие битумы готовят разжижением вязких битумов жидкими нефтепродуктами: керосином, дизтопливом.
Вязкие битумы подразделяют на классы БНД и БН, то есть битумы нефтяные дорожные и битумы нефтяные. По вязкости битумы классов БНД и БН делятся на марки 40/60, 60/90, 90/130, 130/200, 200/300, где цифры означают условную вязкость, определяемую глубиной проникания иглы в долях, равных 0,1 мм при температуре 25°С.
Качество битумов БНД выше, чем БН, так как они характеризуются более широким температурным интервалом пластичности и более высокой теплостойкостью, обладают низкой температурой хрупкости, лучшим сцеплением с поверхностью зерен минерального материала, но менее устойчивы к старению.
На основании указанных свойств битумов для районов с холодным и средним климатом наиболее подходят битумы БНД, а для районов с теплым и жарким климатом приемлемы битумы БНД и БН. При этом для горячих смесей применяют в основном вязкие битумы, а для холодных смесей - жидкие.
Главное при выборе марки битума - климатические условия и нагруженность слоев дорожной одежды, то есть категория дороги.
Для горячих смесей в северных условиях России (I дорожно-климатическая зона) в основном применяют битумы с вязкостью 90/130, 130/200, 200/300; в средних условиях России (II и III климатические зоны) в основном применяют битумы с вязкостью 60/90, 90/130, 130/200, в южных регионах России (IV и V дорожно-климатические зоны) в основном применяют битумы с вязкостью 40/60, 60/90.
Для холодных смесей в средних и южных условиях России (II, III, IV и V дорожно-климатические зоны) применяют битумы с вязкостью 70/30 и 130/200, а в северных условиях асфальтобетоны из холодных смесей применять не рекомендуется.
Рекомендуемая с учетом климатических условий область применения асфальтобетонов и битумов при устройстве верхних слоев покрытий автомобильных дорог приведена в Приложении А ГОСТа 9128-97. Данные приложения А приведены в табл. 18.3.
Для приготовления смесей асфальтобетонных литых применяют в соответствии с ТУ 400-24-158-89 нефтяные вязкие дорожные битумы по ГОСТ 22245-90 с глубиной проникания иглы при 25°С - 50-60, 0,1 мм, температурой размягчения по методу КиШ не менее 52°С, температурой хрупкости не выше -12°С и температурой вспышки не ниже 120°С
Для приготовления щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей используют битумы вязкие нефтяные дорожные по ГОСТ 22245-90, а также полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) по ОСТ 218.010-98.
В качестве стабилизирующих добавок рекомендуется использовать однородное короткофиберное целлюлозное волокно на основе испытаний по ГОСТ 12801-98 и ТУ 5718.030.01393697-99. При использовании ПБВ стабилизирующие добавки допускается не вводить, если обеспечиваются требования к показателю стекания вяжущего и другим показателям физико-механических свойств смеси.
Таблица 18.3
Рекомендуемые области применения асфальтобетонов и битумов для верхних слоев покрытий.
| Дорожно-климатическая зона | Асфальтобетон | Категория автомобильной дороги | |||||
| I, II | III | IV | |||||
| Марка смеси | Марка битума | Марка смеси | Марка битума | Марка смеси | Марка битума | ||
| I | Плотный и высокоплотный | I | БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 | II | БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 СГ 130/200 МГ 130/200 МГО 130/200 | III | БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 СГ 130/200 МГ 130/200 МГО 130/200 |
| II, III | Плотный и высокоплотный | I | БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 БН 90/130 | II | БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 БН 60/90 БН 90/130 БН 130/200 БН 200/300 | III | БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 БН 60/90 БН 90/130 БН 130/200 БН 200/300 СГ 130/200 МГ 130/200 МГО 130/200 |
| II, III | Из холодных смесей | - | - | I | СГ 70/130 СГ 130/200 | II | СГ 70/130 СГ 130/200 МГ 70/130 МГ 130/200 МГО 70/130 МГО 130/200 |
| IV, V | Плотный | I | БНД 40/60 БНД 60/90 БН 40/60 БН 60/90 | II | БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БН 40/60 БН 60/90 БН 90/130 | III | БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БН 40/60 БН 60/90 БН 90/130 |
| Из холодных смесей | - | - | I | СГ 70/130 СГ 130/200 | II | СГ 70/130 СГ 130/200 МГ 70/130 МГ 130/200 МГО 70/130 МГО 130/200 |
Примечания:
1. Для городских скоростных и магистральных улиц и дорог следует применять асфальтобетоны, рекомендованные для дорог I и II категорий, для дорог промышленно-складских районов - для дорог III категории, для остальных - для дорог IV категории.
2. Битумы БН рекомендуется применять в мягких климатических условиях со средними температурами самого холодного месяца выше - 10°С.
3. Битум БН 40/60 должен соответствовать технической документации, утвержденной в установленном порядке.
Анализ качества нефтяных дорожных битумов, выпускаемых нефтеперерабатывающей промышленностью по ГОСТ 22245-90, показывает, что эти вяжущие по ряду показателей не отвечают требованиям дорожного строительства: недостаточно трещиностойки при низких температурах (ниже -40°С), которые действуют на 35 % территории России; имеют недостаточный температурный интервал работоспособности; неэластичны, то есть не обладают способностью к обратимым деформациям, так как по природе являются термопластами.
В связи с вышеизложенным учеными Союздорнии предложено применять полимерно-битумные и резинобитумные вяжущие (ПБВ и РБВ), которые относятся к классу эластомеров и характеризуются высокими показателями эластичности, широким температурным интервалом работоспособности, трещиностойкости (температурной хрупкости) и теплостойкости (температурой размягчения). В 1998 г. разработан отраслевой стандарт на полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) ОСТ 218.010-98 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа СБС. Технические условия», а с 01.01.2004 г. был введен в действие ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия», по которым ПБВ готовят на основе вязких дорожных битумов БНД введением полимеров типа «стирол-бутадиен-стирол» (СБС), пластификаторов и ПАВ по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. В качестве полимеров типа СБС используются дивинилстирольный термоэластопласт (ДСТ-30-01 1 группы по ТУ-38 103267-80 и ДСТ-30-01 1 группы по ТУ-38 40327-90) и их зарубежные аналоги: Финапрен 502 и 411, Кратон Д 1101, Д1184 и Д 1186, Европек Сол Т 161, Калпрен 411.
В качестве пластификаторов используются индустриальные масла И-20А, И-30А, И-40А, И-50А по ГОСТ 20799-88 и сырье для производства нефтяных вязких дорожных битумов по ТУ 101582-88 или смеси масла и сырья.
Полимерно-битумные вяжущие приготавливают в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003 марок: ПБВ 300, ПБВ 200, ПБВ 130, ПБВ 90, ПБВ 60 и ПБВ 40, который регламентирует следующие показатели свойств ПБВ: глубину проникания иглы, 0,1 мм при 25°С и 0°С, минимальную температуру размягчения ко кольцу и шару (КиШ) в °С, растяжимость в см при 25°С и 0°С, наибольшую температуру хрупкости °С, наименьшую эластичность в % при 25°С и 0°С, наибольшее изменение температуры размягчения после прогрева в °С, минимальную температуру вспышки в °С, сцепление с мрамором или песком и однородность.
Приготавливают ПБВ двумя способами: введением ДСТ непосредственно в битум, пластифицированный маслом; введением в битум раствора ДСТ в масле.
Второй способ более производителен и менее энергоемок.
Состав ПБВ определяется на основе приготовления и испытания его образцов с различным содержанием полимера и пластификатора в битуме. Содержание полимера в ПБВ различных марок колеблется в пределах 2-6 %, а содержание пластификатора в пределах 3-40 %. Минимальное содержание ДСТ и масла И-40А при использовании битумов БНД и БН представлено в табл. 18.4 в соответствии с показателем глубины проникания иглы 0,1 мм при 25°С.
Таблица 18.4
| Марка битума | Марки полимера | Минимальное содержание компонентов, % по маркам ПБВ | |||||
| пластификатора | ПБВ 300 | ПБВ 200 | ПБВ 130 | ПБВ 90 | ПБВ 60 | ПБВ 40 | |
| БНД 60/90 | ДСТ И-40 А | 3,5 29,0 | 3,5 20,0 | 3,3 15,0 | 3,1 10,0 | 3,25 7,0 | 3,1 5,0 |
| БН 60/90 по согласованию с заказчиком | ДСТ И-40А | 3,5 25,0 | 3,0 20,0 | 3,3 17,0 | 3,5 13,0 | 3,5 8,0 | 3,2 3,0 |
Область применения различных марок ПБВ можно определить по рекомендациям табл. 18.3 для БНД соответствующей марки.
В таблице 18.5 приведены наиболее важные для обеспечения сдвигоустойчивости и трещиностойкости полимерасфальтобетона показатели свойств полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) по ГОСТ Р 52056-2003.
Таблица 18.5
| Показатели свойств ПБВ | Значение показателей ПБВ | |||||
| Температура размягчения по кольцу и шару (КиШ), °С, не ниже | ||||||
| Температура хрупкости, °С, не выше | -40 | -35 | -30 | -25 | -20 | -15 |
| Эластичность, %, не менее, при | ||||||
| 25°C | ||||||
| 0°C |
Состав асфальтобетонной смеси для верхних слоев покрытия на основе ПБВ подбирается по ГОСТ 9128-97 (табл. 18.4).
В качестве примера ниже приведены состав и физико-механические свойства полимерасфальтобетона, подобранного на узких фракциях щебня 5-10 и 10-15 мм и дробленого песка, уложенного в верхнем слое покрытия МКАД:
Содержание щебня крупнее 5 мм, % массы 57-65
Содержание зерен мельче 0,071 мм, % массы 7-10
Средняя плотность, г/см3 2,61-2,65
Пористость минерального остова, % по объему 14-17
Остаточная пористость, % по объему 2-4
Водонасыщение, % по объему 1,5-3,5
Набухание, % по объему £ 0,2
Предел прочности при сжатии, МПа
при температуре 20°С ³ 3,5
при температуре 50°С ³ 1,1
при температуре 0°С £ 8,0
Коэффициент водостойкости ³ 0,95
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении ³ 0,90
Предел прочности при сдвиге, МПа (в расчетных условиях) ³ 0,85.
Зерновой состав минеральной части полимерасфальтобетона приведен на рис. 18.2.
Рис. 18.2. Зерновой состав минеральной части полимерасфальтобетона:
1 - пределы поГОСТ 9128-97для асфальтобетона типа А; 2 - требования к полимерасфальтобетону для МКАД
Выбор минеральных материалов. Требования к минеральным материалам, используемым для приготовления асфальтобетонных смесей, приведены ниже. Щебень из плотных горных пород и гравий, щебень из шлаков, которые по зерновому составу, прочности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, содержанию глины в комках должны соответствовать требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 3344-83.
Содержание зерен пластинчатой (лещадной) формы не должно превышать по массе: 15 % для смесей высокоплотных и типа А, 25 % - для смесей Б и Бх, 35 % - для смесей В и Вх.
Гравийно-песчаные смеси по зерновому составу должны отвечать требованиям ГОСТ 23735-79, гравий и песок в составе смесей - ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 8736-93.
Прочность по дробимости и истираемости, морозостойкость щебня и гравия должны соответствовать требованиям табл. 10 ГОСТ 9128-97.
Марка по дробимости щебня (в цилиндрах) в пределах:
из изверженных и метаморфических горных пород 1200-600;
из осадочных горных пород 1200-400;
из металлургического шлака 1200-600;
из гравия 1000-400;
недробленого гравия 800-400.
Марка по истираемости (в полочном барабане) в пределах И1-И4.
Марка по морозостойкости в пределах:
для I, II и III ДКЗ - F50 и F25;
для IVи V ДКЗ - F50, F25, F15.
Песок природный и из отсевов дробления горных пород должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736-93, а марка по прочности песка из отсевов дробления и содержание глинистых частиц должны соответствовать требованиям табл. 11 ГОСТ 9128-97.
Минеральный порошок должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 51129-2003. При использовании в качестве минерального порошка техногенных отходов (применяемых в высокопористых, пористых и плотных смесях II и III марок) их показатели должны соответствовать требованиям табл. 12 ГОСТ 9128-97.
Содержание минеральных материалов в асфальтобетонных смесях должно соответствовать требованиям ГОСТ 9128-97. Пределы содержания минеральных материалов в смесях представлены в таблице 18.6.
Для улучшения сцепления битума с поверхностью кислых минеральных материалов используют катионные ПАВ, а с поверхностью осадочных пород - анионные ПАВ. В качестве катионных ПАВ используют соли высших алифатических аминов, а в качестве анионных ПАВ - госсиполовую смолу (хлопковый гудрон) и жировой гудрон.
Таблица 18.6
Содержание минеральных материалов в асфальтобетонных смесях
| Виды и типы смесей и асфальтобетонов | Составы смесей | |||
| Содержание щебня, % по массе | Содержание песка, % по массе | Содержание частиц меньше 0,07 мм, % по массе | Остаточная пористость асфальтобетона, (пористость минеральной части), % | |
| Горячие высокоплотные | 40-65 | 20-40 | 10-16 | 1,0-2,5(16) |
| плотные типов: | 50-60 | 30-46 | 4-10 | 2,5-5,0 (19) |
| А щебеночные | ||||
| Б щебеночные | 40-50 | 38-54 | 6-12 | 2,5-5,0 (19) |
| В щебеночные | 30-40 | 46-62 | 8-14 | 2,5-5,0 (22) |
| Г песчаные | - | 64-92 | 8-16 | 2,5-5,0 (22) |
| Д песчаные | - | 64-90 | 10-16 | 2,5-5,0 (22) |
| Пористые | 40-60 | 32-60 | 0-8 | 5,0-10,0 (23) |
| Высокопористые щебеночные | 40-60 | 32-56 | 4-8 | 10,0-18,0 (24) |
| Высокопористые песчаные | - | 80-96 | 4-10 | 10,0-18,0 (28) |
| Холодные типов: | ||||
| Бх щебеночные и гравийные | 40-50 | 38-52 | 8- 12 | 2,5-5,0 (18) |
| Вх щебеночные и гравийные | 30-40 | 43-58 | 12-17 | 2,5-5,0 (20) |
| Гх песчаные | - | 60-88 | 12-20 | 2,5-5,0 (21) |
| Дх песчаные | - | 60-88 | 12-20 | 2,5-5,0 (21) |
18.4. Обеспечение требований к физико-механическим свойствам асфальтобетона
Прочность и устойчивость асфальтобетона в покрытии. Основными физико-механическими свойствами асфальтобетона в слоях дорожной одежды являются:
прочность асфальтобетона при различных температурах, характеризующая сопротивление сжимающим силовым воздействиям при различных температурах;
водостойкость, характеризующая потерю прочности асфальтобетона при водонасыщении;
водонасыщение, характеризующее остаточную пористость материала;
сдвигоустойчивость, характеризующая способность сопротивляться касательным напряжениям;
трещиностойкость, характеризующая сопротивление растягивающим силовым воздействиям при низких температурах.
Для реализации этих свойств асфальтобетона ГОСТ 9128-97 с изменением № 2 от 11.06.2002 г. предусматривает показатели для асфальтобетонов, приведенные в табл. 18.7.
Показатели физико-механических свойств пористых и высокопористых асфальтобетонов из горячих смесей должны соответствовать требованиям табл. 6 ГОСТ 9128-97, а показатели физико-механических свойств асфальтобетонов из холодных смесей - требованиям табл. 7 ГОСТ 9128-97.
Однородность горячих смесей оценивается коэффициентом вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, а холодных смесей - коэффициентом вариации водонасыщения, которые должны соответствовать требованиям табл. 9 ГОСТ 9128-97. Методы определения показателей свойств асфальтобетона изложены в ГОСТ 12801-98.
Выбор конструкции дорожной одежды с учетом сдвигоустойчивости и трещиностойкости. Представленные в табл. 18.2 расчётные толщины слоев дорожной одежды зависят от климатических условий зоны строительства и интенсивности расчетных транспортных нагрузок (количество расчетных автомобилей категории А в сутки на полосу движения).
Толщины слоев асфальтобетонного покрытия меняются мало:
у двухслойного покрытия на двухслойном основании - верхний слой в пределах от 3,5-4 см до 4-5 см, нижний слой в пределах 5-6 см;
у двухслойного покрытия на однослойном основании - верхний слой в пределах от 3,5-4 см до 4-5 см, нижний слой в пределах 4-6 (5) см до 8 см;
у однослойного покрытия на двухслойном основании - слой покрытия не меняется - 5 см.
Толщины слоев основания изменяются в широких пределах, так как применяемые в слоях основания различные материалы имеют очень разные модули упругости, а также очень зависят от условий работы дорожной одежды (тип местности, тип увлажнения, толщина песчаного дополнительного слоя).
Решающими факторами выбора конструкции из нескольких равнопрочных является их стоимость в данном регионе, для которого конструкция дорожной одежды выбирается.
Таблица 18.7
Показатели физико-механических свойств асфальтобетонов
| Показатели свойств асфальтобетонов | Значения для асфальтобетонов марки | ||||||||
| I | II | III | |||||||
| для дорожно-климатических зон | |||||||||
| I | II-III | IV-V | I | II-III | IV-V | I | II-III | IV-V | |
| Предел прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа, не менее, для асфальтобетонов типов: | |||||||||
| высокоплотных | 1,0 | 1,1 | 1,2 | - | - | - | - | - | - |
| плотных: | |||||||||
| А | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | - | - | - |
| Б | 1,0 | 1,2 | 1,3 | 0,9 | 1,0 | 1,2 | 0,8 | 0,9 | 1,1 |
| В | - | - | - | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,0 | 1,1 | 1,2 |
| Г | 1,1 | 1,3 | 1,6 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 0,9 | 1,0 | 1,1 |
| Д | - | - | - | 1,1 | 1,3 | 1,5 | 1,0 | 1,1 | 1,2 |
| Предел прочности при сжатии при температуре 20°С для асфальтобетонов всех типов, МПа, не менее | |||||||||
| 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,2 | 2,2 | 2,2 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | |
| Предел прочности при сжатии при температуре 0°С для асфальтобетонов всех типов, МПа, не более | |||||||||
| 9,0 | 11,0 | 13,0 | 10,0 | 12,0 | 13,0 | 10,0 | 12,0 | 13,0 | |
| Водостойкость не менее: | |||||||||
| плотных асфальтобетонов (после вакуума) | 0,95 | 0,9 | 0,85 | 0,9 | 0,85 | 0,8 | 0,85 | 0,75 | 0,7 |
| высокоплотных асфальтобетонов (после вакуума) | 0,95 | 0,95 | 0,9 | - | - | - | - | - | - |
| плотных асфальтобетонов при длительном водонасыщении | 0,95 | 0,85 | 0,75 | 0,85 | 0,75 | 0,7 | 0,75 | 0,65 | 0,6 |
| высокоплотных асфальтобетонов при длительном водонасыщении | 0,95 | 0,90 | 0,85 | - | - | - | - | - | - |
| Водонасыщение для асфальтобетонов (образцов из смеси / вырубок и кернов), не более: | |||||||||
| высокоплотных | 1,0-2,5/3,0 | ||||||||
| плотных типов | |||||||||
| А | 2,0-5,0/5,0 | ||||||||
| Б, В и Г | 1,5-4,0/4,5 | ||||||||
| Д | 1,0-4,0/4,0 | ||||||||
| Сдвигоустойчивость по: | |||||||||
| коэффициенту внутреннего трения, не менее, для асфальтобетонов типов: | |||||||||
| высокоплотных | 0,86 | 0,87 | 0,89 | 0,86 | 0,87 | 0,89 | - | - | - |
| плотных: | |||||||||
| А | 0,86 | 0,87 | 0,89 | 0,86 | 0,87 | 0,89 | - | - | - |
| Б | 0,80 | 0,81 | 0,83 | 0,80 | 0,81 | 0,83 | 0,79 | 0,80 | 0,81 |
| В | - | - | - | 0,74 | 0,76 | 0,78 | 0,73 | 0,75 | 0,77 |
| Г | 0,78 | 0,80 | 0,82 | 0,78 | 0,80 | 0,82 | 0,76 | 0,78 | 0,80 |
| Д | - | - | - | 0,64 | 0,65 | 0,70 | 0,62 | 0,64 | 0,66 |
| сцеплению при сдвиге при температуре 50°С, МПа, не менее, для | |||||||||
| асфальтобетонов типов: | |||||||||
| высокоплотных | 0,25 | 0,27 | 0,30 | - | - | - | - | - | - |
| плотных: | |||||||||
| А | 0,23 | 0,25 | 0,26 | 0,22 | 0,24 | 0,25 | - | - | - |
| Б | 0,32 | 0,37 | 0,38 | 0,31 | 0,35 | 0,36 | 0,29 | 0,34 | 0,36 |
| В | - | - | - | 0,37 | 0,42 | 0,44 | 0,36 | 0,40 | 0,42 |
| Г | 0,34 | 0,37 | 0,38 | 0,33 | 0,36 | 0,37 | 0,32 | 0,35 | 0,36 |
| Д | - | - | - | 0,47 | 0,54 | 0,55 | 0,45 | 0,48 | 0,50 |
| Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С и скорости деформирования 50 мм/мин для асфальтобетонов всех типов, МПа: | |||||||||
| не менее | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 |
| не более | 5,5 | 6,0 | 6,5 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | 6,6 | 7,0 | 7,5 |
Примечание. При использовании полимерно-битумных вяжущих допускается снижать нормы к сцеплению при сдвиге и пределу прочности на растяжение при расколе на 20 %.
Дополнительными, очень важными с точки зрения обеспечения прочности и надежности дорожной одежды факторами, определяющими выбор материалов и толщин слоев дорожной одежды, являются: сдвигоустойчивость асфальтобетона и других материалов с использованием органических вяжущих в слоях дорожной одежды; трещиностойкость слоев покрытия и основания.
Основное влияние на сдвигоустойчивость и трещиностойкость дорожной одежды и ее слоев оказывают климатические условия ее работы. Данные по климатическим условиям и ожидаемым температурам асфальтобетонного покрытия для ряда городов Российской Федерации (по СНиП 23-01-99), входящих территориально в различные дорожно-климатические зоны (ДКЗ) по СНиП 2.05.02-85, приведены в табл. 18.8, из которых видно, что температуры воздуха (наиболее холодной пятидневки и абсолютной) для этих городов зависят, главным образом, от расположения в приморском, континентальном или резкоконтинентальном регионах.
Таблица 18.8
| Дорожно- климатичес- кие зоны по СНиП 2.05.02-85 | Города, вхо- дящие в зоны (примеры) | Климатические условия по СНиП 23-01-99 | Ожидаемые температуры асфальтобетонного покрытия, °С | |||||
| температура воздуха наиболее холодной пятидневки, °C обеспеченностью 0,98 | температура воздуха теплого периода, °С, обеспеченностью 0,98 | абсолютная температу- ра воздуха, °С | мини- мальные | макси- мальные | диапа- зон ра- бочих темпе- ратур | |||
| минималь- ная | максималь- ная | |||||||
| I | Мурманск Салехард Якутск | -29 -43 -57 | 15,8 16,3 22,8 | -39 -54 -64 | -34 -48 -60 | |||
| II | Архангельск Москва Тюмень | -34 -30 -42 | 19,6 22,6 21,6 | -45 -42 -50 | -36 -34 -46 | |||
| III | Казань Омск Новосибирск | -36 -39 -42 | 23,5 23,3 | -47 -49 -50 | -38 -44 -46 | |||
| IV | Саратов Оренбург | -30 -34 | 25,1 26,1 | -37 -43 | -34 -38 | |||
| V | Астрахань Элиста | -24 -25 | 28,4 | -33 -34 | -34 -34 |
Можно выделить регионы.
По температурам воздуха для холодного периода (воздуха наиболее холодной пятидневки, воздуха абсолютной оптимальной):
регионы с малой низкотемпературной нагрузкой (Мурманск, Архангельск, Москва, Казань, Саратов, Оренбург, Астрахань, Элиста) - ожидаемая критическая температура покрытия равна минус (34...39) °С;
регионы со средней низкотемпературной нагрузкой (Салехард, Тюмень, Омск, Новосибирск) - ожидаемая критическая температура покрытия равна минус (44...48) °С;
регионы с большой низкотемпературной нагрузкой (Якутск) - ожидаемая критическая температура покрытия равна минус (60...62) °С.
По температурам воздуха для теплого периода (воздуха теплого периода, воздуха абсолютная максимальная, суточная амплитуда наиболее теплого периода):
регионы с малой высокотемпературной нагрузкой (Мурманск, Салехард, Архангельск, Москва, Саратов) - ожидаемая критическая температура покрытия равна плюс (35...38) °С;
регионы со средней высокотемпературной нагрузкой (Якутск, Тюмень, Казань, Омск, Новосибирск, Астрахань) - ожидаемая критическая температура покрытия равна плюс (47...50) °С;
регионы с большой высокотемпературной нагрузкой (Оренбург, Элиста) - ожидаемая критическая температура покрытия равна плюс (60...64) °С
Основными факторами, влияющими на сдвигоустойчивость асфальтобетона в покрытии, являются: температура размягчения вяжущего при высоких температурах; содержание щебня в асфальтобетоне; содержания минерального порошка; устойчивость материалов слоев основания под действием многократно повторяющихся нагрузок и способность слоя основания снижать напряжение от этих нагрузок на нижележащие слои (плитный эффект).
Основными факторами, влияющими на трещиностойкость асфальтобетонного покрытия, являются: температура хрупкости вяжущего при низкой температуре; оптимальное содержание минерального порошка; расширение рабочего диапазона температур битума за счет его модификации при вводе полимеров или каучуков; трещиностойкость слоев основания.
Наиболее важные для обеспечения сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетона нормативные и фактические показатели свойств нефтяных дорожных битумов и полимерно-битумных вяжущих приведены в табл. 18.9.
Фактические показатели температур размягчения вяжущих на 2-3°С выше указанных требований, а с учетом работы битумов в асфальтобетоне в очень тонких пленках, а также структурирующего влияния минерального порошка могут быть приняты выше на 5-6°С
Фактические показатели температур хрупкости вяжущих на минус 3-4°С выше указанных требований, а с учетом особенностей работы битумов в асфальтобетоне и влияния минерального порошка могут быть приняты выше на минус 6-8°С Сравнение показателей табл. 18.8 и 18.9 говорит, что обеспечение сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетонов в диапазоне рабочих температур является сложной проблемой. В связи с этим было принято изменение № 2 к ГОСТ 9128-97 от 11.06.2002 г., включающее требования к сдвигоустойчивости и трещиностойкости (см. табл. 18.7). Следует отметить, что на показатель коэффициента внутреннего трения больше всего влияет содержание в асфальтобетоне щебня, а на показатели сцепления при сдвиге и предел прочности на растяжение - свойства битума и оптимальное содержание минерального порошка. Как указано выше, значительное влияние на сдвигоустойчивость и трещиностойкость асфальтобетонного покрытия оказывает тип материала основания.
Таблица 18.9
| Показатели свойств вяжущих | Класс вяжущего | Значения показателей для вяжущих марок | ||||
| 200/300 | 130/200 | 90/130 | 60/90 | 40/60 | ||
| Нормативная температура размягчения по кольцу и шару (КиШ), °C не ниже | ПБВ БНД БН | 47/45 | 49/47 | 51/49 | 54/51 | 56/54 - |
| Нормативная температура хрупкости, °С, не выше | ПБВ БНД БН | -35/40 -20 -14 | -30/35 -18 -12 | -25/30 -17 -10 | -20/25 -15 -6 | -15/20 -12 - |
| Фактическая температура размягчения вяжущего в асфальтобетоне, °С | ПБВ БНД БН | 53/51 | 55/53 | 57/55 | 60/57 | 62/60 |
| Фактическая температура хрупкости вяжущего в асфальтобетоне, °С | ПБВ БНД БН | -43/48 -28 -22 | -38/43 -26 -22 | -33/38 -25 -18 | -28/33 -23 -14 | -23/28 -20 -10 |
| Максимальный обеспечиваемый диапазон рабочих температур, °С | ПБВ БНД БН | 96/99 | 93/96 | 90/93 | 88/90 | 85/88 |
Наилучшей работоспособностью обладают дорожные одежды с двухслойным асфальтобетонным покрытием и двухслойным основанием, в верхнем слое которого используются щебеночный асфальтобетон или щебеночные материалы, обработанные битумом или битумной эмульсией. Более склонны к прогибу и передаче напряжений на нижние слои основания из гравийного асфальтобетона и гравийных материалов, обработанных битумом или битумной эмульсией.
В нижнем слое двухслойного и однослойного основания используют: щебеночные, гравийные материалы и грунты, укрепленные минеральными вяжущими различной прочности; цементобетон различной прочности; щебень, уложенный по способу заклинки; подобранный щебеночный и гравийный материал.
Работоспособностью, с точки зрения уменьшения прогиба под действием колесной нагрузки (плитным эффектом), обладают нижние слои двухслойного и однослойного основания из щебеночных, гравийных материалов, укрепленных 5-7 % цемента, грунтов, укрепленных минеральными вяжущими I класса прочности, из тощего цементобетона марки 75, 100 и 125 (позиции 1-5, 16 разд. 18.2).
Меньшим плитным эффектом обладают слои из гравийных материалов, обработанных 4-5 % цемента, грунтов, укрепленных минеральными вяжущими, II класса прочности, а также щебеночные слои, выполненные по способу заклинки (позиции 6-10, 17 разд. 18.2).
Наихудшим плитным эффектом обладают слои из песков и золошлаков, укрепленных 5-6 % цемента, грунтов, укрепленных минеральными вяжущими, III класса прочности, а также подобранного щебеночного и гравийного материала (позиции 11-15, 18, 19 разд. 18.2).
Слои основания из щебеночных, гравийных материалов, укрепленных 5-7 % цемента, а еще более из цементобетона склонны к растрескиванию и образованию поперечных неорганизованных (хаотичных) трещин, особенно в период набора прочности (в течение 1-2 суток после укладки) и главным образом при большой амплитуде перепада температур воздуха (более 12°C) в этот период, что характерно для регионов с континентальным и резко континентальным климатом (Якутск, Оренбург, Элиста, а также Тюмень, Новосибирск, Саратов). На покрытиях, уложенных на такие основания, неизбежно возникают отраженные трещины, копирующие трещины в основаниях. Наилучшими показателями трещиностойкости обладают покрытия на щебеночных основаниях, выполненных по способу заклинки.
Для повышения трещиностойкости асфальтобетонного покрытия на основаниях из щебня, укрепленного цементом, и цементобетона, то есть для препятствия появлению отраженных трещин используют трещинопрерывающие прослойки между нижним и верхним слоем основания и армирующие прослойки между слоями асфальтобетонного покрытия. В качестве трещинопрерывающих прослоек используются геотекстильный материал, приклеиваемый к нижнему слою основания менее вязким битумом и более вязким битумом к верхнему слою основания.
В качестве армирующих прослоек используются геосетки, приклеиваемые вязким битумом к нижнему и верхнему слоям асфальтобетонного покрытия.
При ремонте и реконструкции автомобильных дорог, в покрытии которых проявились отраженные трещины, перед укладкой дополнительных слоев покрытия над трещиной укладывается трещинопрерывающая прослойка из геотекстиля.
Составы асфальтобетонных смесей, применяемые в различных эксплуатационных условиях. Проектируя состав асфальтобетонных смесей, необходимо прежде всего учитывать ожидаемую интенсивность и состав движения, также климатические условия района проложения дороги. При этом руководствуются следующими принципиальными положениями:
чем больше в смеси щебня, тем больше сдвигоустойчивость асфальтобетона. В южных районах России и районах с резко континентальным климатом при любой интенсивности движения, а в средней полосе России и в районах с континентальным климатом при тяжелом и интенсивном движении предпочтение следует отдавать применению смесей с высоким содержанием щебня;
чем меньше вязкость битума, тем больше трещиностойкость асфальтобетона, поэтому на Севере и в районах с резко континентальным и континентальным климатом предпочтительнее применение битумов пониженной вязкости, а на юге - более вязких.
Наиболее эффективным и доступным средством регулирования плотности и прочности асфальтобетона является изменение содержания в нем минерального порошка в пределах, предусмотренных ГОСТ 9128-97.
Оптимальное количество битума в асфальтобетонной смеси определяют на основе испытаний пробных составов смесей с различным количеством битума и выбора такого его содержания, при котором обеспечивается наибольшая прочность асфальтобетона и остаточная пористость, нормированная стандартом.
Проектирование состава асфальтобетона состоит из двух этапов.
1 этап: назначение типа смеси из числа нормированных в ГОСТ 9128-97 (см. табл. 18.1);
выбор марки битума нормированного в ГОСТ 9128-97 (см. табл. 18.3) с учетом данных ГОСТ 22245-90 (см. табл. 18.9) и климатических условий региона применения асфальтобетона по СНиП 2.05.02-85 и СНиП 23-01-99 (см. табл. 18.8);
выбор содержания минеральных материалов по ГОСТ 9128-97 (см. табл. 18.6) с проверкой расчетом соответствия зернового состава смеси выбранного типа требованиям данного стандарта; предварительный выбор содержания битума в смеси по таблице приложения Г ГОСТ 9128-97;
2 этап: проверка правильности выбора содержания битума производится на основе приготовления и испытаний 3-5 составов смесей по 24 образца в каждой (3 образца для определения каждого показателя табл. 18.7, нормируемых ГОСТ 9128-97). Испытания проводятся по ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний».