Методическое пособие 815
.pdfНаучный журнал строительства и архитектуры
DOI 10.36622/VSTU.2020.58.2.008
УДК 691.168
ПОВЫШЕНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ДРЕНИРУЮЩИХ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ
Е. В. Углова 1, Н. И. Ширяев 2
Донской государственный технический университет 1, 2 Россия, г. Ростов-на-Дону
1Д-ртехн. наук, проф., зав. кафедрой автомобильных дорог, e-mail: Uglova.ev@yandex.ru
2Аспирант кафедры автомобильных дорог, е-mail: nikita24121990@gmail.com
Постановка задачи. Исследуется степень влияния содержания полимерно-модифицированного битума, адгезионой добавки и минеральных материалов различных горных пород на физикомеханические и эксплуатационные свойства дренирующего асфальтобетона.
Результаты. Представлены результаты математического планирования трехфакторного эксперимента в процессе исследования эксплуатационных свойств дренирующих асфальтобетонов. Выводы. Разработан и обоснован состав дренирующей асфальтобетонной смеси на минеральных материалах различных видов и типов горной породы и полимерно-модифицированном битуме ПМБ 50/70 с адгезионной добавкой, обеспечивающий повышение срока службы дорожных покрытий за счет оптимизации показателей физико-механических и эксплуатационных свойств асфальтобетона, в том числе истираемости, скорости фильтрации и водостойкость.
Ключевые слова: дренирующий асфальтобетон, дренирующая асфальтобетонная смесь, верхний слой покрытия, полимерно-модифицированный битум, водостойкость.
Введение. Покрытия из дренирующего асфальтобетона обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики автомобильных дорог [1, 5, 6, 19]. Высокая пористость асфальтобетона способствует повышению водопроницаемости, что уменьшает количество поверхностной воды и соответственно образование брызг при дождливой погоде [11, 12, 15]. Это ведет к снижению риска аквапланирования и увеличению видимости на дорогах, а в конечном итоге к повышению уровня безопасности. Кроме того, особая текстура поверхности дренирующего асфальтобетона (рис. 1) способствует сокращению шума, возникающего при взаимодействии шины с покрытием.
А Б
Рис. 1. Текстура поверхности образцов асфальтобетона:
а) щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-15; б) дренирующий асфальтобетон ДА-15
Дренирующий асфальтобетон при использовании в верхних слоях покрытия подвергается воздействию внешних факторов, среди которых следует выделить истирание от шипованных шин автомобиля, загрязнение поверхности от выезда сельскохозяйственной техники.
© Углова Е. В., Ширяев Н. И., 2020
100
Выпуск № 2 (58), 2020 |
ISSN 2541-7592 |
Опыт зарубежных стран показывает, что срок эксплуатации покрытий из высокопористых асфальтобетонных смесей с открытой гранулометрией не превышает 2—4 года, во многом из-за преждевременного шелушения и выкрашивания [15].
В работе предложены новые критерии оценки качества дренирующих асфальтобетонов по показателям водостойкости по методу Lottman, истираемости по методу Prall Test и устойчивости к колееобразованию, позволяющие в отличие от существующих методов спрогнозировать срок службы верхнего слоя покрытия, определив степень воздействия шипованных шин и погодно-климатических факторов на слои износа из дренирующих асфальтобетонов. Также предложены решения по повышению качества дренирующего асфальтобетона путем оптимизации его состава при использовании комплексного вяжущего на основе поли- мерно-модифицированного битума и адгезионной добавки.
1. Подбор дренирующей асфальтобетонной смеси по методу гранулометрических кривых. Для подбора состава дренирующей асфальтобетонной смеси по СТО АВТОДОР 2.15-2016 использовались щебень различных горных пород (гранит, габбро и песчаник) фракции 5—10 и 10—15 мм (зерновые составы представлены в табл. 1), песок из отсевов дробления, активированный минеральный порошок, стабилизирующая добавка СД-3 и по- лимерно-модифицированный битум марки ПМБ 50/70 [2, 16].
Таблица 1
Зерновые составы минеральных материалов
Наименование |
|
|
|
Размер зерен, мм, мельче, % по массе |
|
|
|
|||||
40 |
20 |
15 |
10 |
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,16 |
0,071 |
||
|
||||||||||||
Щебень песчаник |
100,0 |
100,0 |
92,71 |
2,03 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
фракции 10—15 мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Щебень песчаник |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
98,20 |
8,97 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
фракции 5—10 мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Щебень гранитный |
100,0 |
100,0 |
91,36 |
3,08 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
фракции 10—15 мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Щебень гранитный |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
97,33 |
8,24 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
фракции 5—10 мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Щебень габбро-даибаз |
100,0 |
100,0 |
93,55 |
2,58 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
фракции 10—15 мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Щебень габбро-даибаз |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
98,11 |
7,75 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
фракции 5—10 мм |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Песок из отсевов |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
99,30 |
74,28 |
56,32 |
43,14 |
33,53 |
23,17 |
14,40 |
|
дробления песчаника |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Песок из отсевов |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
99,08 |
73,52 |
57,41 |
41,72 |
30,37 |
24,12 |
12,27 |
|
дробления гранита |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Песок из отсевов |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
98,72 |
70,57 |
58,67 |
46,04 |
35,17 |
27,48 |
15,37 |
|
дробления габбро |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Минеральный |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
99,92 |
99,43 |
96,88 |
83,44 |
|
порошок |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По результатам анализа нормативно-технической документации производителя содержание стабилизирующей добавки составляет 0,4 % от массы минеральных материалов
(СТО 77142802-003-2011).
В качестве органического вяжущего использовался полимерно-модифицированный битум СБС ПМБ «ДДС» 50/70 72-22 производителя АО «СМУ-Дондорстрой».
Все компоненты асфальтобетонной смеси соответствовали требованиям действующей нормативно-технической документации.
Выбор оптимального содержания минеральных материалов и органического вяжущего осуществляли по показателям физико-механических свойств, а именно: остаточной пористости, средней плотности, устойчивости к расслаиванию по показателю стекания вяжущего, коэффициенту морозостойкости и скорости фильтрации.
101
Научный журнал строительства и архитектуры
Для установления зависимостей между количествами инертных материалов и органического вяжущего в работе были проведены экспериментальные исследования с различным содержаниемщебеночнойчасти асфальтобетонной смесии полимерно-модифицированного битума.
Кривые гранулометрического состава дренирующей асфальтобетонной смеси ДА-15 представлены на рис. 2.
100 |
|
Состав № 1 |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
93,51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
40 |
17,86 |
|
|
|
20 |
8,25 |
6,29 |
4,60 |
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
15 |
10 |
5 |
0,63 |
0,071 |
|
Размерзерен минерального материала, мм |
|
100 |
|
Состав № 2 |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
94,39 |
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
20 |
19,96 |
9,29 |
7,29 |
5,44 |
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
15 |
10 |
5 |
0,63 |
0,071 |
|
Размерзерен минерального материала, мм |
|
|
100 |
|
Состав № 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
80 |
94,02 |
|
|
|
|
|
|
|
||
проходы, |
60 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
Полные |
|
|
|
|
|
20 |
19,59 |
14,30 |
9,45 |
|
|
|
|
6,16 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
15 |
10 |
5 |
0,63 |
0,071 |
|
|
Размерзерен минерального материала, мм |
|
Рис. 2. Кривые гранулометрического состава:
состав № 1 с содержанием щебня 91,75 %; состав № 2 с содержанием щебня 90,71 %; состав № 3 с содержанием щебня 85,7 %
102
Выпуск № 2 (58), 2020 |
ISSN 2541-7592 |
Результаты испытания разработанных составов с различным содержанием органического вяжущего представлены на рис. 3.
Остаточная пористость,% |
Средняяплотность , г/см3 |
15,5 |
|
15,2 |
|
|
15,0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14,9 |
|
|
|
14,7 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
14,5 |
|
|
|
|
|
14,2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|||||
14 |
|
14,2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
13,5 |
|
|
|
|
|
13,9 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13,2 |
|
||
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМБ 50/70 72-20 ПМБ 50/70 72-20ПМБ 50/70 72-20 |
|||||||||||
|
|
|||||||||||
|
3,4% |
3,8% |
4,2% |
|
||||||||
|
|
|
Состав 1 |
Состав 2 |
|
|
Состав 3 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициентводостойкости |
|||||||||
0,9 |
|
|
|
по методу Lottman |
|
|
|
||||
|
|
|
|
0,86 |
0,87 |
||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
0,85 |
|
0,82 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0,86 |
|||||||
0,8 |
|
|
|
|
0,83 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0,75 |
|
0,78 |
|
|
|
0,78 |
|||||
|
|
|
|||||||||
0,75 |
|||||||||||
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
0,72 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
|||||||||
|
|
||||||||||
|
|
3,4% |
3,8% |
4,2% |
|||||||
|
|
Состав 1 |
Состав 2 |
|
Состав 3 |
||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Коэффициентводостойкости
0,9 |
|
|
|
|
|
|
0,88 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
0,88 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
0,85 |
0,88 |
||||||
0,86 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,84 |
0,82 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
0,82 |
0,84 |
0,84 |
||||||||
0,81 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0,81 |
|
|
|
||||||
0,78 |
|
|
|
|
|
|
||||
0,79 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
0,76 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,74 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМБ 50/70 72-20ПМБ 50/70 72-20ПМБ 50/70 72-20 |
||||||||||
|
||||||||||
|
3,4% |
3,8% |
4,2% |
Состав 1 Состав 2 Состав 3
2,39 |
|
|
|
|
|
|
|
2,37 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,38 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2,38 |
||||
2,37 |
|
|
|
|
2,36 |
||||||
2,34 |
|
|
|
||||||||
2,36 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
2,36 |
2,36 |
||||||||||
2,35 |
|
|
|
|
|||||||
2,35 |
|
|
|
|
|
||||||
2,34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2,33 |
|
|
|
|
2,34 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,32 |
2,33 |
|
|
|
|
|
|
||||
2,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
||||||||
|
|
||||||||||
|
3,4% |
3,8% |
4,2% |
||||||||
|
|
Состав 1 |
Состав 2 |
Состав 3 |
|||||||
|
|
||||||||||
|
|
Скорость фильтрации, %
2,5 |
|
2,3 |
2,0 |
1,8 |
|
|||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
|
1,9 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
1,5 |
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1,4 |
|
|
|
1,0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
||||||||
|
|
|
||||||||||
|
3,4% |
3,8% |
4,2% |
|
||||||||
|
|
|
Состав 1 |
Состав 2 |
|
|
Состав 3 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стекание вяжущего,% |
|||||||
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
0,21 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,2 |
|
|
|
|
0,18 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0,19 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,15 |
|
|
|
|
0,14 |
0,16 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
0,09 |
|
|
|
|
||||||
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|||
0,05 |
0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
ПМБ 50/70 72-20 |
||||||||
|
|
||||||||||
|
3,4% |
3,8% |
4,2% |
|
|||||||
|
|
Состав 1 |
|
Состав 2 |
|
|
Состав 3 |
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Рис. 3. Результаты испытания дренирующего асфальтобетона ДА-15
Из данных рис. 3 следует, что с уменьшением процентного содержания вяжущего и увеличением щебеночной части смеси происходит увеличение остаточной пористости, а значит, и снижение плотности асфальтобетона. Однако следует отметить, что все результаты по
103
Научный журнал строительства и архитектуры
остаточной пористости находятся в пределах нормативных требований. Из полученных результатов видно, что наиболее оптимальным свойствами обладают смеси состава № 2 с количеством ПМБ 3,8 %. Увеличение содержания битума приводит к существенному снижению скорости фильтрации на 40 % и увеличению стекания вяжущего на 30 %. дренирующие асфальтобетоны на полимерно-битумных вяжущих имеют низкие значения по показателям «коэффициент водостойкости по методу Lottman» и «коэффициент водостойкости» по ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытания», что свидетельствует о том, что в составе асфальтобетонных смесей необходимо увеличивать толщину битумной пленки за счет использования адгезионной добавки.
2. Разработка математических зависимостей физико-механических и эксплуатационных характеристик от вида горной породы, количества полимерномодифицированного битума и адгезионной добавки. Исследование влияния содержания полимерно-модифицированного битума, адгезионной добавки и минеральных материалов различных горных пород на физико-механические и эксплуатационные свойства дренирующего асфальтобетона проводилось с использованием математического планирования трехфакторного эксперимента [6, 17, 20, 21]. В процессе экспериментальных исследований проводились испытания по показателям «коэффициент водостойкости», «скорость фильтрации» и «истираемость».
Для оценки влияния адгезионной добавки и минеральных материалов горной породы основного и кислого состава на физико-механические и эксплуатационные свойства дренирующих асфальтобетонов был взят состав № 2 и оптимизирован в соответствии с зерновым составом применяемых минеральных материалов. Экспериментальные составы представлены в табл. 2.
|
Составы дренирующих асфальтобетонных смесей |
Таблица 2 |
||
|
|
|||
|
в зависимости от горной породы минерального материала |
|
||
|
|
|
|
|
|
Наименование |
|
Составы ДА-15 |
|
|
дорожно-строительного |
в зависимости от горной породы минерального материала |
||
|
материала |
Габбро |
Гранит |
Песчаник |
1. |
Щебень фракции 10—15 мм |
79,66 |
80,10 |
80,00 |
2. |
Щебень фракции 5—10мм |
10,66 |
10,19 |
10,26 |
3. |
Песок из отсевов дробления |
3,32 |
3,35 |
3,38 |
4. |
Минеральный порошок |
5,96 |
5,97 |
5,97 |
5. СД3 |
0,39 |
0,39 |
0,39 |
|
Всего |
100,00 |
100,00 |
100,00 |
Вкачестве исследуемых показателей свойств дренирующего асфальтобетона в трехфакторном эксперименте были выбраны: скорость фильтрации, коэффициент водостойкости по методу Lottman и истираемость по методу Prall-test [4, 8, 11].
При проведении экспериментальных исследований было изготовлено по 9 образцов для каждой точки плана. Образцы изготавливали в соответствии с ПНСТ 115-2016.
Вкачестве варьируемых величин в трехфакторном эксперименте были выбраны следующие: Х1 — горная порода минеральных материалов; Х2 — содержание адгезионной добавки АМДОР-20Т; Х3 — содержание полимерно-модифицированного битума ПМБ 50/70. Исследовались: истираемость, Y1; скорость фильтрации Y2, коэффициент водостойкости Y3.
Эти величины Yi в теории планирования эксперимента называют функциями отклика. План эксперимента и интервалы варьирования факторов определяли на основании
предварительных результатов испытания. Исследуемые факторы и диапазоны их варьирование представлены в табл. 3.
104
|
Выпуск № 2 (58), 2020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ISSN 2541-7592 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
||
|
|
|
Исследуемые факторы и интервалы варьирования в плане эксперимента |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Значение |
|
|
|
Исследуемые факторы |
||||||
|
Характеристика |
|
|
|
Горная по- |
Содержание |
|
|
Содержание полимерно- |
|
|
||||||
|
|
|
кода |
|
адгезионной добавки |
|
модифицированного |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рода Х1 |
Х2, % |
|
|
битума Х3, % |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Основной уровень Хoi |
|
|
0 |
|
Гранит |
0,3 |
|
|
|
3,8 |
|
|
||||
|
Интервал варьирования Ʌi |
|
Х |
|
|
− |
0,1 |
|
|
|
0,2 |
|
|
||||
|
Верхний уровень Хimax |
|
|
Хi = +1 |
|
Габбро |
0,4 |
|
|
|
4,0 |
|
|
||||
|
Нижний уровень Хimin |
|
|
Хi = −1 |
|
Песчаник |
0,2 |
|
|
|
3,6 |
|
|
||||
|
План эксперимента и натуральные значения исследуемых факторов в каждой точке |
||||||||||||||||
|
приведены в табл. 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
||
|
|
|
|
|
План эксперимента и натуральные значения переменных |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Номер |
План эксперимента |
|
|
|
Натуральные значения переменных |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Горная |
|
Содержание адгезионной |
|
|
Содержание полимерно- |
|
|||||
|
плана |
Х1 |
Х2 |
|
Х3 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
порода Х1 |
|
добавки Х2, % |
|
модифицированного битума Х3, % |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
1 |
1 |
−1 |
|
−1 |
Габбро |
|
|
0,2 |
|
|
3,6 |
|
|
|||
|
2 |
1 |
−1 |
|
1 |
|
Габбро |
|
|
0,2 |
|
|
4,0 |
|
|
||
|
3 |
−1 |
−1 |
|
1 |
|
Песчаник |
|
|
0,2 |
|
|
4,0 |
|
|
||
|
4 |
−1 |
−1 |
|
−1 |
Песчаник |
|
|
0,2 |
|
|
3,6 |
|
|
|||
|
5 |
0 |
−1 |
|
0 |
|
Гранит |
|
|
0,2 |
|
|
3,8 |
|
|
||
|
6 |
0 |
0 |
|
−1 |
Гранит |
|
|
0,3 |
|
|
3,6 |
|
|
|||
|
7 |
−1 |
0 |
|
0 |
|
Песчаник |
|
|
0,3 |
|
|
3,8 |
|
|
||
|
8 |
0 |
0 |
|
1 |
|
Гранит |
|
|
0,3 |
|
|
4,0 |
|
|
||
|
9 |
1 |
0 |
|
0 |
|
Габбро |
|
|
0,3 |
|
|
3,8 |
|
|
||
|
10* |
0 |
0 |
|
0 |
|
Гранит |
|
|
0,3 |
|
|
3,8 |
|
|
||
|
11 |
1 |
1 |
|
−1 |
Габбро |
|
|
0,4 |
|
|
3,6 |
|
|
|||
|
12 |
1 |
1 |
|
1 |
|
Габбро |
|
|
0,4 |
|
|
4,0 |
|
|
||
|
13 |
−1 |
1 |
|
1 |
|
Песчаник |
|
|
0,2 |
|
|
4,0 |
|
|
||
|
14 |
−1 |
1 |
|
−1 |
Песчаник |
|
|
0,2 |
|
|
3,6 |
|
|
|||
|
15 |
0 |
1 |
|
0 |
|
Гранит |
|
|
0,3 |
|
|
3,8 |
|
|
||
|
16* |
0 |
0 |
|
0 |
|
Гранит |
|
|
0,3 |
|
|
3,8 |
|
|
||
|
17* |
0 |
0 |
|
0 |
|
Гранит |
|
|
0,3 |
|
|
3,8 |
|
|
Зависимости между исследуемыми переменными и эксплуатационными свойствами дренирующего асфальтобетона были установлены с помощью уравнения регрессии:
y B0 B1X1 B2X2 B3X3 B11X11 B22X22 B33X32 B12X1X2 B13X1X3 B23X2X3,
где Bi — коэффициент регрессии; Xi — количество переменных; Yi — функция отклика.
На основании результатов трехфакторного эксперимента были получены математические модели, адекватно описывающие функции отклика от варьируемых факторов, установлены рациональные области их значений для прогнозирования степени влияния на показатели физико-механических и эксплуатационных свойств дренирующего асфальтобетона [1].
Изоповерхности основных исследуемых показателей представлены на рис. 4.
Исходя из анализа изоповерхностей рис. 4 можно сформулировать следующие основные принципы влияния исследуемых факторов на эксплуатационные свойства дренирующих асфальтобетонов:
дренирующие асфальтобетонные смеси, приготовленные на минеральных материалах из габбро-диабаза или гранита, на 46 % устойчивее к истираемости по методу Prall-test, чем смеси, приготовленные с использованием минеральных материалов песчаника;
105
Научный журнал строительства и архитектуры
при увеличении содержания вяжущего и при максимальной концентрации адгезионной добавки дренирующие асфальтобетонные смеси устойчивее по показателю истираемость по методу Prall-test, чем при низких концентрациях вяжущего и адгезионной добавки, что во многом обусловлено увеличением адгезионных и когезионных связей;
повышение концентрации адгезионной добавки во всех исследуемых смесях, независимо от вида горной породы и процентного содержания вяжущего, оказывает основное влияние на коэффициент водостойкости по методуLottman;
показатель «скорость фильтрации» в основном подвержен снижению при увеличении процентного содержания вяжущего, что связано с уменьшением числа пор в асфальтобетоне.
а) |
б) |
в)
Рис 4. Изоповерхности исследуемых показателей: а) истираемость по методу Prall-test;
б) скорость фильтрации;
в) коэффициент водостойкости по методуLottman
Таким образом, на основании данных экспериментальных исследований установлено, что для приготовления дренирующих асфальтобетонных смесей с высокими показателями физико-механических и эксплуатационных свойств рекомендуется использовать минеральные материалы из габбро-диабаза, а содержание вяжущего должно составлять 3,7 % при концентрации адгезионной добавки не менее 0,4 % от массы органического вяжущего и 3,8 % при концентрации адгезионной добавки 0,3 % от массы органического вяжущего.
3. Прогнозирование срока службы верхнего слоя покрытия. С целью прогнозирова-
ния срока службы дренирующего асфальтобетона были выполнены испытания оптимизиро-
106
Выпуск № 2 (58), 2020 |
ISSN 2541-7592 |
ванного состава дренирующего асфальтобетона на минеральном материале из габбродиабаза с содержанием органического вяжущего в количестве 3,7 % и адгезионной добавкой на устойчивость к колееобразованию.
Приготовление образцов-плит для испытания на колееобразование осуществлялось на секторном уплотнителе, имитирующем процесс уплотнения асфальтобетонной смеси катками в производственных условиях [17, 20].
Образцы-плиты перед началом испытания термостатировались в климатической камере при температуре (60 ± 1) °С в течение 4-х часов, а затем подвергались воздействию колеса при заданном количестве циклов [15].
Результаты испытаний представлены на рис. 5.
|
Стойкостьк колееобразованию |
||
|
0,6 |
|
|
мм |
0,5 |
0,51 |
|
|
0,43 |
||
колеи, |
0,4 |
||
|
|||
0,3 |
|
||
Глубина |
|
||
0,2 |
|
||
0,1 |
|
||
|
|
||
|
0 |
|
|
|
Количествопроходов, цикл |
||
|
Образец1 |
Образец2 |
|
Рис. 5. График стойкости к колееобразованию дренирующего асфальтобетона на ПМБ 50/70 |
|||
|
с адгезионной добавкой АМДОР 20Т |
Анализ результатов исследования показал, что при оптимальном составе всех компонентов дренирующей асфальтобетонной смеси фактическое значение по показателю «устойчивость к колееобразованию» составляет в среднем 0,47 мм.
При прогнозировании срока службы покрытия из дренирующего асфальтобетона по предельно допустимому значению колееобразования (2 см) в соответствии с действующей нормативно-технической документацией его эксплуатация возможна более 7 лет без образования пластических деформаций (рис. 6).
Выводы. Использование адгезионной добавки позволяет увеличить показатель водостойкости по методу Lottman за счет увеличения битумной пленки на поверхности минеральных материалов, что, в свою очередь, приводит к повышению устойчивости к трещинообразованию. Для повышения стойкости дренирующих асфальтобетонов к климатическим факторам содержание адгезионной добавки должно быть не менее 0,4%.
Разработанные новые составы дренирующего асфальтобетона с комплексным модифицированным вяжущим обеспечивают требуемые эксплуатационные характеристики, а именно: истираемость, скорость фильтрации и водостойкость — в течение всего срока службы верхнего слоя покрытия. Разработанные составы позволят повысить срок службы верхнего слоя покрытия и увеличить межремонтные сроки с 3—4 до 5—7 лет.
Исследования показали, что дренирующий асфальтобетон на минеральных материалах из габбро-диабаза или гранита менее подвержен истираемости под воздействием шипованных шин, что повышает долговечность покрытия.
107
Научный журнал строительства и архитектуры
Срок ремонта покрытия, лет
Тип А |
|
Тип А |
|
ЩМА |
|
ЩМА |
|
ДА |
|
ДА |
на БНД |
|
на ПБВ |
|
на БНД |
|
на ПМБ |
|
на БНД |
|
на ПМБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6. Прогнозируемая глубина колеи на поверхности дорожного покрытия в зависимости от вида асфальтобетона:
Нпред — предельно допустимое число устойчивости к колееобразованию; Т — срок службы покрытия; тип А — мелкозернистый плотный асфальтобетон типа А;
ЩМА — щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-15; ДА — дренирующий асфальтобетон ДА-15; БНД — битум нефтяной дорожный вязкий; ПМБ — полимерно-модифицированный битум
Библиографический список
1.Золотарев, В. А. Долговечность дорожных асфальтобетонов / В. А. Золотарев // Вест. Харьков. дор. ун-та. — 1977. — C. 116.
2.Иванов, Н. Н. Пути увеличения долговечности асфальтобетонных покрытий / Н. Н. Иванов // Автомобильные дороги. — 1964. — № 1. — С. 21—22.
3.Ребиндер, П. А. Научные основы технологии производства новых строительных материалов / П. А. Ребиндер // Вестник АН СССР. — 1961. — № 10. — С. 70—77.
4.Пат. 148806 Россия, МПК G01N 15/08, № 2014136634/28. Прибор для определения коэффициента фильтрации образцов из дренирующей асфальтобетонной смеси — «ПФДА» / Чернов С. А., Голюбин К. Д., Ширяев Н. И., Леконцев Е. В., Мардиросва И. В; заявл. 9.09.2014; опубл.20.12.2014 Бюл. № 35.
5.Чирва, Д. В. Анализ эффективности влияния стабилизирующих и полимерных добавок на физикомеханические показатели щебеночно-мастичных смесей / Д. В. Чирва, С. А. Чернов // Автомобильные дороги. — 2013. — № 8 (981). — С. 70—75.
6.Чернов, С. А. Эксплуатация покрытий автомобильных дорог из дренирующего асфальтобетона / Н. И. Ширяев. — Ростов н/Д.: ДГТУ, 2018. — 120 с.
7. Ширяев, Н. И. Дренирующие асфальтобетоны для верхних слоев покрытия / Н. И. Ширяев, С. А. Чернов // Строительство — 2015: материалы Междунар. науч.-практ. конф. / Рост. гос. строит. ун-т. — Ростов н/Д, 2015. — С. 54 — 57.
8.Bredahl, C. Construction of Two-Layer Porous Pavements / C. Bredhal. — Danish Road Institute, 2005. —
P. 34—68.
9.Gandhi, T. Laboratory Investigation of Warm Asphalt Binder Properties — A Preliminary Investigation / T. Gandhi // Proceedings of the International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavement and Technological Control. — Utah, 2007. — P. 8—10.
10.Hurley, G. Evaluation of Evotherm® for use in warm mix asphalt / G. Hurley// NCAT report. — 2006. —
P. 6—12.
11.Huwe, L. Performance Related Evaluation of Porous Asphalt Mix Design / L. Huwe // Proceeding of Malaysian Road Conference. — Kuala Lumpur, Malaysia, 1996.
12. Kandhal, P. Design, Construction, and Maintenance of Open-Graded Asphalt Friction Courses / P. Kandhal // Information. — Series 115. National Asphalt Pavement Association. — 2002. — P. 37—92.
108
Выпуск № 2 (58), 2020 |
ISSN 2541-7592 |
13.Kandhal, P. S. Open Graded Asphalt Friction Course: State of Practice / P. S. Kandhal, R. B. Mallick // Transportation Research Circular E-C005. Transportation Research Board. Washington, D. C. (1998).
14.Khalid, H. Performance assessment of Spanish and British porous asphalts. Performance and Durability of Bituminous Materials / H. Khalid // Published byE &FN Spon, London. — 1996. — P. 137—157.
15.Klenzendorf, J. B. Quantifying the behavior of porous asphalt overlays with respect to drainage hydraulics and runoff water quality / J. B. Klenzendorf // Environ. Eng. Geosci. — 2012. — № 18. — P. 99—111.
16.Liu, Q. Induction healing of porous asphalt concreate / Q. Liu // Wuhan University of technology. — 2012. — P. 145—167.
17.Nielse, C. Durability of Porous Asphalt — International Experience / C. Nielse // Danish Road Institute Technical Note 41 / Road Directorate Ministryof Transport and Energy. — 2006.
18.Pagotto, C. Comparison of the hydraulic behaviour and the quality of highway runoff water according to the type of pavement / C. Pagotto, V. Legret // Water Res. — 2000. — № 34. — P. 4446—4454.
19.Rogge, D. Development of Maintenance Practices for Oregon F-mix. Publication FHWAOR-RD-02-09 / D. Rogge. — Federal HighwayAdministration, U. S. Department.
20.Suresha, S. N. Laboratory and Theoretical Evaluation of Clogging Behavior of Porous Friction Course Mixes / S. N. Suesha // International Journal of Pavement Engineering. — 2008. — Vol. 1. — P. 61—70.
21.Wielinski, J. Laboratory and Field Evaluations of Foamed Warm-Mix Asphalt Projects / J. Wielnski // Transportation Research Record. — 2009. — № 2126. — P. 125—131.
References
1.Zolotarev, V. A. Dolgovechnost' dorozhnykh asfal'tobetonov / V. A. Zolotarev // Vest. Khar'kov. dor. unta. — 1977. — C. 116.
2.Ivanov, N. N. Puti uvelicheniya dolgovechnosti asfal'tobetonnykh pokrytii / N. N. Ivanov // Avtomobil'nye dorogi. — 1964. — № 1. — S. 21—22.
3. Rebinder, P. A. Nauchnye osnovy tekhnologii proizvodstva novykh stroitel'nykh materialov /
P.A. Rebinder // Vestnik AN SSSR. — 1961. — № 10. — S. 70—77.
4.Pat. 148806 Rossiya, MPK G01N 15/08, № 2014136634/28. Pribor dlya opredeleniya koeffitsienta fil'tratsii obraztsov iz dreniruyushchei asfal'tobetonnoi smesi — «PFDA» / Chernov S. A., Golyubin K. D., Shiryaev N. I., Lekontsev E. V., Mardirosva I. V; zayavl. 9.09.2014; opubl.20.12.2014 Byul. № 35.
5.Chirva, D. V. Analiz effektivnosti vliyaniya stabiliziruyushchikh i polimernykh dobavok na fizikomekhanicheskie pokazateli shchebenochno-mastichnykh smesei / D. V. Chirva, S. A. Chernov// Avtomobil'nye dorogi. — 2013. — № 8 (981). — S. 70—75.
6. Chernov, S. A. Ekspluatatsiya pokrytii avtomobil'nykh dorog iz dreniruyushchego asfal'tobetona /
N.I. Shiryaev. — Rostov n/D.: DGTU, 2018. — 120 s.
7.Shiryaev, N. I. Dreniruyushchie asfal'tobetony dlya verkhnikh sloev pokrytiya / N. I. Shiryaev,
S.A. Chernov // Stroitel'stvo — 2015: materialyMezhdunar. nauch.-prakt. konf. / Rost. gos. stroit. un-t. — Rostov n/D, 2015. — S. 54 — 57.
8.Bredahl, C. Construction of Two-Layer Porous Pavements / C. Bredhal. — Danish Road Institute, 2005. —
P.34—68.
9.Gandhi, T. Laboratory Investigation of Warm Asphalt Binder Properties — A Preliminary Investigation /
T.Gandhi // Proceedings of the International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavement and Technological Control. — Utah, 2007. — P. 8—10.
10.Hurley, G. Evaluation of Evotherm® for use in warm mix asphalt / G. Hurley// NCAT report. — 2006. —
P.6—12.
11.Huwe, L. Performance Related Evaluation of Porous Asphalt Mix Design / L. Huwe // Proceeding of Ma-
laysian Road Conference. — Kuala Lumpur, Malaysia, 1996.
12. Kandhal, P. Design, Construction, and Maintenance of Open-Graded Asphalt Friction Courses /
P.Kandhal // Information. — Series 115. National Asphalt Pavement Association. — 2002. — P. 37—92.
13.Kandhal, P. S. Open Graded Asphalt Friction Course: State of Practice / P. S. Kandhal, R. B. Mallick // Transportation Research Circular E-C005. Transportation Research Board. Washington, D. C. (1998).
14.Khalid, H. Performance assessment of Spanish and British porous asphalts. Performance and Durability of Bituminous Materials / H. Khalid // Published byE &FN Spon, London. — 1996. — P. 137—157.
15.Klenzendorf, J. B. Quantifying the behavior of porous asphalt overlays with respect to drainage hydraulics and runoff water quality/ J. B. Klenzendorf // Environ. Eng. Geosci. — 2012. — № 18. — P. 99—111.
16.Liu, Q. Induction healing of porous asphalt concreate / Q. Liu // Wuhan University of technology. — 2012. — P. 145—167.
17.Nielse, C. Durability of Porous Asphalt — International Experience / C. Nielse // Danish Road Institute Technical Note 41 / Road Directorate Ministryof Transport and Energy. — 2006.
109