ПРАКТИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ПО ГОСТ Р 58401 и ГОСТ Р 58406
От качества асфальтобетона – искусственного строительного материала, полученного в результате смешения и уплотнения подобранной в необходимых соотношениях и специально приготовленной смеси – зависит эксплуатационная надежность дорожных покрытий.
Современные требования, связанные с проектированием и строительством асфальтобетонных покрытий, изложены в ряде новых стандартов, среди которых - ГОСТ Р 58406.1 и ГОСТ Р 58406.2. (До принятия указанных стандартов дорожники руководствовались ПНСТ 183 и 184).
На новые стандарты перешли дорожно-строительные предприятия многих российских регионов, включая Свердловскую область и город Екатеринбург. Такому переходу во многом способствовало участие в реализации национального проекта «Безопасные качественные дороги», направленного на улучшение состояния трасс и магистралей и обеспечение безопасности дорожного движения в регионах. По оценкам, количество уложенного асфальтобетона по новым ГОСТам на дорогах Свердловской области и Екатеринбурга за 2020 год составило 78,5 км, за 2021 год – 79 км.
Что касается качества асфальтобетона, то рамках технического регламента Таможенного союза ТР ТС 014/2011 строительство дорог осуществляется с применением инновационных материалов, которые в старых ГОСТах на асфальтобетон (9128 и 31015) отсутствовали. В связи с этим в 2019 и 2020 годах вступили в действие новые нормативные документы на асфальтобетон – ГОСТ 58401 и ГОСТ 58406.
В данных ГОСТах изменился подход не только к проектированию, но и к методам испытаний. Испытания теперь носят не просто информативный, но и функциональный характер, а основные показатели делятся на физические и эксплуатационные.
К физическим показателям относят зерновой состав и количество вяжущего, а также содержание воздушных пустот. В свою очередь, по содержанию воздушных пустот в вырубках (кернах) определяют качество уплотнения асфальтобетона.
В процессе эксплуатации на износ дорожного покрытия значительно влияет неоднородность самого материала покрытия. Не случайно в ходе испытаний асфальтобетонной смеси особое внимание обращается на абразивный износ, фактор которого также учитывается при проектировании.
Известно, что износостойкость в большей степени зависит от качества, количества и размерности применяемого каменного материала, и для решения проблемы абразивного износа требуется проектировать смеси с большим количеством крупного щебня и максимально плотным составом.
Таким образом, с целью получения качественной асфальтобетонной смеси необходимо соблюдение нескольких требований, включая использование износостойкого щебня со стабильным зерновым составом из основных фракций; отсева - со стабильным модулем крупности или возможностью разделения на фракции 0-2 и 2-4 мм, а также качественного битума, подходящего для получения смесей с низкой пластической деформацией.
Важным условием является наличие современного и стабильного в производстве асфальтового завода с 5-ю и более горячими бункерами-накопителями, в зависимости от производимых смесей.
Простой и эффективный метод подбора смесей по ГОСТ Р 58401 и ГОСТ Р 58406 заключается в следующем:
- Подготовленный щебень (каркасобразующая фракция) взвешивается, после чего добавляется следующая фракция в различных пропорциях, затем смачивается и уплотняется в Гираторе или штыкованием в сосуде;
- После определения их плотности выбирается наиболее подходящие составы для проектирования;
- Назначаются нужные объемные характеристики;
- Проводится наполнение каркаса песком из отсевов дробления, минеральным порошком, пылью и вяжущим до требуемых воздушных пустот;
- Не нужно проектировать содержание воздушных пустот близко к нижнему пределу, так как предельно допустимые отклонения для пустот не могут выходить за пределы нижнего значения. При этом допустимы пределы верхних значений.
Однако какой битум лучше подходит для асфальтобетона, несмотря на их фактическую схожесть?
Здесь на помощь приходит такой показатель как динамическая вязкость при 60°С. Это важнейшее условие, от которого зависит прогнозирование появления колейности на асфальтобетонном покрытии.
Исследования, проведённые специалистами испытательного центра НИИ ЛАДОР (Екатеринбург) показали любопытные результаты, в основном есть определенная закономерность, при увеличении динамической вязкости, средняя глубина колеи уменьшается, но это не всегда так.
Динамическая вязкость при 60°C является критерием деформации битума вместо температуры размягчения. Испытание определяет фундаментальное свойство вещества, а не эмпирическую характеристику, коей является температура размягчения. При этом корреляция вязкости с деформационной стойкостью асфальта также немного лучше, чем при использовании показателя температуры размягчения.
Согласно испытаниям, битум из Салавата при низкой динамической вязкости показал хорошие результаты по колее. Это говорит о том, что не только вязкость битума влияет на колею, но и его компоненты из которых он состоит.
В процессе исследования асфальтобетонных смесей нами было определено, что Тип А по ГОСТ 9128 при правильном методе подбора может иметь такие же качественные характеристики как и по новым ГОСТам, при этом на рассеве на квадратных ситах он будет иметь зерновой состав А16ВТ или А16 ВН;
Так же были изучены различные методики уплотнения асфальтобетонных смесей, как видим из таблицы объемная плотность по Маршалу для тяжелых условий, получилась самая маленькая в отличии от компактора и гиратора.
Образцы на компакторе и на гираторе были подвержены испытанию на колею. Результат по колее, у образца уплотненного на гираторе лучше на 42%, при практически одинаковой плотности образцов, что у компактора и гиратора. Эти данные говорят о том, что различные методы уплотнения сильно влияют на итог проектирования одной и той же смеси.
Анализ полученных данных показал следующее:
- Тип А который мы раньше применяли, при правильном методе подбора может иметь такие же качественные характеристики, как и А16Вт;
- Новые стандарты позволяют проектировать смеси наиболее правильно и с требуемыми характеристиками;
- Узкие фракции щебня позволяют поддерживать в смеси правильное соотношение каркасообразующих материалов;
- Результаты определения средней глубины колеи разнятся при формовке на компакторе и гираторе, при практически одинаковом содержании воздушных пустот;
- Объемная плотность асфальтобетона при уплотнении по Маршалу 75-ю ударами, ниже, чем после компактора и гиратора.
Важно обратить внимание на то, что при проектировании асфальтобетонной смеси по ГОСТ Р 58401, отличие от ГОСТ Р 58406 состоит в следующем:
- Смесь нужно проектировать при содержании воздушных пустот 4,0±0,3% (допускается по согласованию с заказчиком SMA проектировать при 3,0%).
- Учитывается отношение пыль-вяжущее; вместо уплотнителя Маршала используется Гиратор.
- К основным отличиям следует отнести и разные требования к одним и тем же показателям (колея, коэффициент водостойкости), а также использование битума марки PG.
Современные асфальтобетонные заводы, имеющие 5 и 6 горячих бункеров накопителей, позволяют использовать основные фракции каменных материалов и с высокой точностью их дозировать благодаря современным блокам дозаторов. Это в итоге позволяет получать смеси по ГОСТ 58401 и ГОСТ 58406. Такие смеси вписываются не только в предельно допустимые пределы ГОСТа, но и в рецепт, разработанный в лаборатории, что гарантированно позволяет получать стабильную и качественную смесь.
К сожалению, морально устаревшие заводы с 4 накопителями не могут похвастаться точностью дозирования и не позволяют использовать широкий диапазон основных фракций. Это в результате приводит к использованию широких фракций, из-за чего теряется стабильность производства!
В процессе производства очень важно контролировать смесь на соответствие рецепту, в чем очень хорошо помогает асфальтоанализатор. Результат можно получить в течение часа, что позволяет в случае необходимости провести корректировку прямо на заводе.
Следующим шагом является определение максимальной плотности смеси. Так, если объемы выпускаемой смеси большие, данные испытания необходимо проводить несколько раз в смену, поскольку этот показатель может меняться, влияя в конечном счете на приемку покрытия из-за неправильных данных по воздушным пустотам.
Помимо контроля смеси, необходимо периодически определять температуру битума при производстве смеси на заводе, а также температуру асфальтобетона при его укладке на дороге.
Если же в процессе эксплуатации или укладки смеси возникают проблемы, всегда можно изучить вяжущее, которое было использовано с помощью ротационного испарителя.
Данный принцип производства и укладки был описан для асфальтобетонных смесей, запроектированных по методологии Маршала. Его отличие от метода проектирования по объемному проектированию невелико – разница лишь в проектировании смеси и уплотнителе.
В процессе укладки особую роль играет температура укладки и режим уплотнения. Если еще три года назад не было верхнего предела по уплотнению. Дорожники закатывали асфальт до состояния, когда щебеночный каркас начинал ломаться внутри. По нормативам уплотнение получалось всегда очень высокое, однако в ходе эксплуатации это приводило к разрушению покрытия быстрее, чем оно могло прослужить.
На сегодняшний день основная задача - не переуплотнить слои верхней одежды, но, как показала практика, это довольно проблематично. Где не переуплотнил, там и не докатал! С данной проблемой помогает справиться плотномер PQI. Стабильность и четкость результатов позволяют четко уплотнять покрытие до требуемых воздушных пустот.
Итак, для производства качественных и стабильных асфальтобетонных смесей по ГОСТ 58401 и ГОСТ 58406 требуется:
- Пспользование основных фракций каменных материалов при производстве смеси;
- Постоянные испытания битума для определения температуры производства и укладки;
- Применение современных асфальтобетонных заводов с 5-6 бункерами накопителями и с точными блоками дозаторов;
- Постоянный контроль зернового состава смеси с помощью асфальтоанализатора;
- Постоянный контроль максимальной плотности смеси;
- В процессе работы на дороге необходимо следить за температурой укладки и контролировать (с помощью плотномера) уплотнение смеси, не допуская переуплотнения.
А.Ю. Дедюхин, директор испытательного центра НИИ ЛАДОР, канд. техн.наук (г. Екатеринбург)