Фрикционный слой с прерывистым гранулометрическим составом заполнителя

Фрикционный слой с прерывистым гранулометрическим составом заполнителя (ФСПГС) устраивают из HMA, которая проектируется с большим количеством пустот, необходимых для дренирования воды сквозь покрытие и по его поверхности. Высокое содержание воздушных пустот создается за счет более высокого процентного содержания крупного заполнителя (как правило, менее 20% материала просеивается через сито № 8). Удаление воды из поверхностного слоя дорожного покрытия снижает риск аквапланирования и повышает общее сопротивление скольжению. Разработаны две процедуры синтеза для ФСПГС (5, 6).

Смесь для ФСПГС приготавливается на асфальтомешалке точно так же, как и HMA с непрерывным гранулометрическим составом заполнителя; основная разница между этими двумя видами смесей заключается в гранулометрическом составе заполнителя. Часто в производстве смесей для ФСПГС используется «прорезиненный» битум для повышения способности асфальтовяжущего к удержанию заполнителя. Даже при высокой пустотности толщина битумной пленки обычно превышает таковую для HMA с непрерывным гранулометрическим составом заполнителя. Общее содержание битума в смеси для ФСПГС примерно совпадет его содержание в смесях с непрерывным гранулометрическим составом заполнителя с идентичным максимальным размером частиц или несколько превышает его.

Процедура проектирования, которая чаще всего используется в случае смесей для ФСПГС, заключается в подборе необходимого содержания битума, при котором можно получить пленку заданной толщины. При проектировании таких смесей в числе прочих характеристик обычно оценивается стекаемость асфальтовяжущего сквозь матрицу заполнителя. В ряде штатов используется процедура проектирования смесей, разработанная Федеральной дорожной администрацией (5), в которой рекомендуется следующий гранулометрический состав заполнителя для ФСПГС:

Размер отверстий сита       Процентное содержание просеявшегося материала

½" (12,5 мм)                                                    100

⅜ " (9,5 мм)                                                     95–00

№ 4 (4,75 мм)                                                  30–50

№ 8 (2,36 мм)                                                  5–15

№ 200 (0,075 мм)                                            2–5

Содержание битума оценивается по поверхностной емкости (К_с) заполнителя, задержанного на сите № 4 (4,75 мм). Этот параметр определяется из процентного содержания масла SAE №10, удерживаемого заполнителем, который отражает совокупное влияние площади поверхности, абсорбционных свойств заполнителя и шероховатости поверхности. Пустотность крупных заполнителей определяют с помощью виброуплотнителя. Оптимальным является такое количество мелкого заполнителя, при котором он заполняет пустоты между частицами крупных заполнителей без их нагромождения. При использовании такой смеси заполнителей должно остаться достаточно пространства для требуемого количества битума и взаимосвязанных пустот, необходимых для дренажа. В рамках процедуры, разработанной Федеральной дорожной администрацией, оптимальная температура смешения устанавливается по результатам проведения тестов на стекание битума при различных температурах.

При использовании в качестве вяжущего «прорезиненного» битума температура смешения, как правило, выше таковой для обычных асфальтных смесей. Если температура смешения слишком высока, возможно стекание асфальтовяжущего сквозь заполнитель. В результате содержание битума будет варьировать в широких пределах по всей смеси, и в покрытии появятся пятна выпотевания. Если температура смешения будет слишком низкой, то заполнитель не будет покрыт полностью.

Ввиду возможного стекания битума на срок хранения ФСПГС в бункере накладываются определенные ограничения (при длительном хранении происходит стекание избыточного количества битума сквозь смесь). При хранении смеси для ФСПГС в бункере даже в течение непродолжительного времени важно не допустить заметного стекания битума. 

Возможно стекание битума сквозь заполнитель во время доставки смеси от места смешения до места укладки, а именно вблизи от откидного борта грузовика, пока он будет дожидаться своей очереди, или на пол грузовика. Это, в свою очередь, приведет к появлению большого пятна на дорожном покрытии под грузовиком при разгрузке. Такой битум образует маслянистое пятно на поверхности ФСПГС.

По прибытии на место укладки смесь для ФСПГС из-за наличия значительно более толстой пленки и отсутствия мелких фракций заполнителей имеет «насыщенный»вид,что совершенно нормально. Как правило, ФСПГС укладывают слоем толщиной порядка ¾" (19 мм); при этом частицы заполнителя имеют максимальным размер ½" (12,5 мм).

Перед нанесением ФПГС на уже существующее покрытие его поверхность следует выровнять (если она неровная) с помощью связующего слоя с непрерывным гранулометрическим составом. Еще одна проблема, связанная с нанесением слоев на неровные покрытия, – это натяжение и сдирание покрытия в том случае, когда асфальтоукладчик наносит ФСПГС слоем толщиной немного менее ¾" (19 мм).

Фрикционный слой с прерывистым гранулометрическим составом заполнителя не рекомендуется укладывать при холодных погодных условиях, т.к. это может привести к разрыву связи между ФСПГС и существующей поверхностью и вызвать самые различные повреждения. Большинство штатов установило минимальную температуру воздуха для укладки ФСПГС в диапазоне 60–70^оF (16–21^оС).

 Плотность смесей для ФСПГС не нормируется. Обычно укатку проводят в 2–3 прохода катка со стальными колесами. Не следует использовать виброкатки и катки на резиновых шинах, так как в первом случае происходит разрушению заполнителя, а во втором – захват асфальта, особенно если речь идет о «прорезиненном» битуме. Еще одна проблема, возникающая при использовании катка на резиновых шинах, заключается в избыточном закрытии пор под «разминающим» воздействием резиновых шин. При низком содержании пор не обеспечивается эффективный дренаж воды по поверхности и сквозь нее.

Процедуры контроля качества дорожных покрытий в случае ФСПГС, по существу,   аналогичны таковым в случае HMA с непрерывным гранулометрическим составом заполнителя. Основное отличие заключается в отсутствии требования по уплотнению смеси в лабораторных или полевых условиях. Как правило, необходимо протестировать такие параметры, как содержание битума, гранулометрический состав заполнителя, толщина и ровность. Это – рутинные тесты, направленные на обеспечение удовлетворительного качества получаемых покрытий.

Правильная укладка ФСПГС – это особое искусство, и потому этот процесс трудно нормировать. Контроль качества в этом случае должен осуществлять квалифицированный инспектор, который будет тщательно проверять процессы производства и укладки смеси. Отрицательные моменты, которые нуждаются в контроле, – это стекание битума, натяжение и сдирание покрытия после прохождения укладчика и неадекватные процедуры укатки.

Показано, что при устройстве поверхностного ФСПГС повышается сопротивляемость покрытий скольжению, особенно во влажных погодных условиях. Однако при эксплуатации таких покрытий возникает проблема, из-за которой нескольким штатам пришлось сократить масштабы применения ФСПГС. Речь идет об отслаивании вяжущего от заполнителя в слое, расположенном непосредственно под ФСПГС, о чем поступили сообщения из ряда штатов. Многие из них полагают, что смогли решить эту проблему за счет использования веществ, препятствующих такому отслаиванию в подстилающих слоях, и продолжают регулярно использовать поверхностный ФСПГС. Из некоторых штатов (7) поступила информация о том, что при использовании песка или шлака для борьбы со снежно-ледовым покровом происходит заполнение поверхностных пор в ФСПГС, что препятствуют эффективному дренированию воды.