Метод составления АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ смесей по Маршаллу

Обычная процедура составления смеси всегда начинается с приемочных испытаний заполнителя и битума, предназначенных для смеси. Если заполнитель и асфальтовый цемент успешно проходят приемочные испытания, можно проводить на смеси включенное в стандарт ASTM D1559 «Определение сопротивления пластическому течению битумных смесей на аппарате Маршалла». Эта процедура применима только для битумов, предназначенных для дорожного покрытия, максимальный размер заполнителя в которых не превышает 1 дюйма (25 мм). Так как отношение диаметра оправки к максимальному диаметру зерен должно быть не менее 4, то для 4-дюймовой (101,6 мм) оправки Маршалла максимально допустимый размер зерна составляет 1 дюйм (25 мм). Если в смеси содержатся зерна заполнителя, превышающие указанный предел, читателю следует обратиться к главе 7, в которой обсуждаются модификации метода Маршалла с применением 6-дюймовых оправок (152,4 мм). Последовательность основных этапов процедуры составления смеси начинается с приемочных испытаний поставляемых материалов – этапы A и B; далее идут: подготовка образца – этап C, определение плотности Райса образца – этап D, испытания на стабильность и течение – этап E, исследование плотности и пор – этап F и анализ результатов испытаний – этап G.

Этап A. Оценка заполнителя

A-1. Определение приемлемости заполнителя для использования в составе смеси HMA; к числу часто проводимых на этом этапе испытаний относятся Лос-Анджелесский тест на абразивный износ, определение целостности поверхности, песчаного эквивалента, присутствия вредных веществ, полируемости, подсчет поверхностей скола, а также количеств плоских и удлиненных частиц.

A-2. Если материал по результатам шага A-1 признан приемлемым, проводятся дальнейшие обязательные испытания заполнителя: определяются его гранулометрический состав, удельный вес и абсорбционная способность.

A-3. Выполняются расчеты смешивания (гранулометрического состава инертной части смеси), описанные в главе 3. В качестве первой начальной операции предлагается нанести середину заданной техусловиями полосы гранулометрии на схему HWA гранулометрических графиков с показателем 0,45 и посмотреть, как близко подходит эта среднеполосная гранулометрия к линии минимальной плотности. Если она подходит слишком близко, то VMA, скорей всего, будет слишком низким. Искомая гранулометрия должна быть подрегулирована так, чтобы она отходила от линии максимальной плотности, особенно на сите № 8 (2,36 мм). При уходе гранулометрических графиков от линии максимальной плотности – безразлично, вверх или вниз, - VMA увеличивается. Хорошей исходной точкой оценки процента заполнителя в смеси будет использование подгоночных содержаний заполнителя, проходящего сита № 8 (2,36 мм) и № 200 (0,075 мм), и оценка количеств каждого заполнителя, требуемого для получен6ия этих двух содержаний. Затем должна быть проведена полная проверка гранулометрического состава, чтобы удостовериться в том, что достигнуто соответствие процентов материала, проходящего остальные сита. Смешивание заполнителей подробно описано в главе 3.

A-4. Подготавливается таблица навесок материала образцов путем умножения процента заполнителя, оставшегося на ситах, на вес заполнителя, примерно составляющий 1150 г; затем определяются суммарные веса, начиная с количества материала, проходящего сито № 200 (0,075 мм).

Этап B. Оценка БИТУМА

B-1. Определяется подходящий сорт битума, в зависимости от типа и географического местоположения покрытия, для которого составляется смесь.

B-2. Проверяется приемлемость свойств, заданных техусловиями.

B-3. Определяется удельный вес битума, и на графике вязкость-температура откладываются значения вязкости.

B-4. По графику зависимости вязкости от температуры определяются диапазоны температур смешивания компонентов смеси и ее уплотнения:

1. Температура смешивания должна быть выбрана так, чтобы обеспечить вязкость 170 ± 20 сантистоксов.

2. Температура уплотнения должна быть выбрана так, чтобы обеспечить вязкость 280 ± 30 сантистоксов.

Этап C. Подготовка образцов для метода Маршалла

Подготавливаются образцы для метода Маршалла последовательностью шагов C-1 – C-7 для каждого образца. В качестве варианта может быть приготовлена большая масса смеси HMA для намеченного битума, с тем чтобы подготовить требуемое количество уплотненных образцов Маршалла и образец для определения максимального удельного веса (по Райсу).

C-1. Высушиваются и рассеиваются заполнители (предпочтительно по отдельным размерам частиц); они сохраняются в чистых, герметично закрываемых контейнерах. Отбирается достаточное количество материала для изготовления 18 образцов примерно по 1150 г каждый. Минимальные количества заполнителя и битума  для приготовления одной серии тестовых образцов данной гранулометрии: 25 кг и 4 л, соответственно.

C-2. Отвешивается заполнитель на 18 образцов; каждая навеска помещается в отдельный контейнер и нагревается до температуры смешивания, определенной на шаге B-4. Однако общий вес заполнителя должен быть определен так, как описано на шаге C-3.

C-3. Обычно желательно подготовить тестовые образцы до приготовления всех партий заполнителя. Замерьте высоту (h₁) тестовых образцов и сравните с требованиями по высоте для образцов Маршалла: 63,5 ± 5,1 мм. Если образцы выбиваются из этого интервала, отрегулируйте количество заполнителя в образцах по следующей формуле:

где

Q    = вес заполнителя для изготовления образцов высотой 63,5 мм, г

h₁        = высота тестовых образцов, мм

C-4. Нагрейте достаточное количество битума  для приготовления 18 образцов. Для пяти различных образцов, по процентному содержанию битума, должно быть приготовлено по три образца на каждый заданный процент содержания битума. Битумы должны выбираться с шагом увеличения содержания битума 0,5 процента, при этом не менее двух значений содержания битума должно быть выше «оптимального» и не менее двух – ниже «оптимального». Оптимальное содержание примерно определяется по соответствующим техусловиям или оценивается на основе опыта. Для определения удельного веса по Райсу, или максимальной теоретической плотности (TMD), должны быть изготовлены три образца насыпной смеси с содержанием битума, близким к оптимальному. (Примечание. Некоторые агентства требуют испытаний для определения удельного веса по Райсу при всех пяти содержаниях битума. Однако наивысшей точности измерения можно добиться в том случае, когда содержание битума в смеси близко к оптимальному. Предпочтительны троекратные замеры удельного веса по Райсу. После усреднения результатов этих трех замеров и вычисления эффективного удельного веса заполнителя, максимальный удельный вес для остальных четырех содержаний битума можно рассчитать по формуле, приведенной ранее.)

C-5. Просмотрите соответствующие технические условия для определения количества ударов на сторону образца и определения типа уплотнительного оборудования, требуемого для уплотнения образцов по методу Маршалла.

C-6. Извлеките горячий заполнитель, поместите его на весы и добавьте надлежащее количество битума цемента для получения желаемого содержания битума.

C-7. Перемешивайте заполнитель с битумом до тех пор, пока весь заполнитель не будет покрыт битумной пленкой. Это удобно делать на подогреваемом столе. Перемешивать можно и вручную, но предпочтительнее – в механическом смесителе.

C-8. Проконтролируйте температуру свежесмешанного материала: если она выше температуры уплотнения, дайте материалу остыть до температуры уплотнения; если она ниже температуры уплотнения, выбросьте этот материал и приготовьте новую смесь. (Примечание. В некоторых штатах разрешено помещать такую смесь в печь и снова подогревать, в других применяют печную термообработку для того, чтобы лучше моделировать те процессы, которые происходят в смеси HMA в реальных условиях. Это время термообработки особенно важно для заполнителей с высокой абсорбционной способностью, так как количество абсорбированного битума возрастает со временем.)

C-9. Вложите бумажный кружок в собранную предварительно подогретую оправку Маршалла и засыпьте сыпучую смесь HMA. Проверьте температуру. Промешайте смесь подогретым шпателем или лопаткой 15 раз по периметру и 10 раз по внутренней части. Выньте съёмный буртик и распределите материал внутри оправки так, чтобы в центре он был чуть выше краев. Прикрепите оправку и пластину основания к подставке. Поместите предварительно нагретый молот в оправку и нанесите соответствующее количество ударов по верхней стороне образца.

C-10. Снимите оправку с пластины основания. Положите бумажный кружок на верх образца и поверните оправку на 180⁰ так, чтобы верхняя часть оказалась внизу. Поставьте на место съемный буртик и прикрепите оправку и пластину основания к подставке. Поместите молот в оправку и нанесите такое же количество ударов по противоположной стороне образца.

C-11. Удалите бумажные фильтровальные кружки с верха и низа образца. Охладите образец и выдавите его из оправки гидравлическим толкателем. Нанесите стеклографом идентификационные отметки в буквенно-цифровом коде на каждый из образцов. Перед дальнейшими испытаниями дайте образцам отлежаться ночь при комнатной температуре.

C-12. Определите насыпной удельный вес каждого образца взвешиванием на воздухе. Поместите образцы в воду и дайте пройти насыщению перед тем, как определять погруженный вес в состоянии SSD. Извлеките образцы и взвесьте их на воздухе в сухом состоянии с насыщенной поверхностью. Это испытание проводится в соответствии со стандартом AASHTO T166.

C-13. Измерьте удельный вес по Райсу на образцах сыпучей смеси HMA в соответствии со стандартом AASHTO T209 (ASTM D2041). Этот удельный вес нужен для исследования пористости. Если смесь содержит абсорбирующий заполнитель, рекомендуется поместить сыпучую смесь в печь (в которой поддерживается температура смешивания) на 4 часа, с тем чтобы вяжущее – битум – было полностью абсорбировано заполнителем до начала испытаний. Смесь в печи должна быть в закрытом сосуде. Если испытание проводится трижды на смеси, содержащей количество битума, близкое к оптимальному, усредните результаты трех замеров, рассчитайте эффективный удельный вес заполнителя, а затем – удельный вес по Райсу, или TMD, для оставшихся смесей с другими содержаниями битума. Если определения TMD проводятся на всех смесях с различными содержаниями битума, рассчитайте эффективный удельный вес заполнителя для каждого случая. Подсчитайте усредненный эффективный удельный вес и затем – значения TMD, используя полученное среднее значение для всех пяти смесей.