Вращательная установка Суперпейв

Основным элементом в методике проектирования состава смесей Суперпейв является вращательная установка Суперпейв (рисунок 4-22). Устройство для уплотнения предназначается для того, чтобы довести плотность образцов HMA до плотности, получаемой на месте эксплуатации за счет транспортной нагрузки. А также ориентировать зерна заполнителя так, как это происходит в процессе эксплуатации.

Вращательная установка Суперпейв была разработана на основе анализа существующих вращательных установок. Не смотря на то, что эта вращательная установка имеет некоторое сходство с другими устройствами этого типа, она представляет собой уникальную систему. Уплотняющее усилие на вращательной установке регулируется по трем параметрам. К установочным параметрам относятся: вертикальное давление, угол вращения и скорость вращения. Для методики Суперпейв, вертикальное давление составляет 600 кПа (87 фунтов/кв. дюйм), а угол вращения – 1,25°. Вращение совершается со скоростью 30 оборотов в минуту. Скорость вращения изменяется в зависимости от моделируемого уровня нагрузки.

Во вращательной установке Суперпейв можно уплотнять образцы диаметром 150 –100 мм (6-4 дюйма). В настоящее время, согласно техническим условиям испытываются образцы диаметром 150 мм, но для некоторых типов смесей рассматриваются и варианты с использованием образцов диаметром 100 мм.

Требуемая скорость вращения устанавливается исходя из уровня трафика и средней расчетной повышенной температуры воздуха. Смеси, которые подвергаются действию высоких температур и интенсивной нагрузки на месте эксплуатации, будут уплотняться сильнее, поэтому в лабораторных условиях их следует уплотнять до состояния высокой плотности. В лаборатории высокая плотность достигается за счет увеличения скорости вращения.

Число оборотов, установленное для определенного уровня трафика и температуры воздуха, приводится в таблице 4-11. Эти значения были установлены по ограниченному количеству данных и дополнительным испытаниям, проводимым для сверки этих значений и для упрощения системы.

N_i, N_d и N_m это три параметра, которые нужно определить. Параметр N_d – это N-расчетное, то есть число оборотов, необходимое для достижения такой плотности смеси, которая будет эквивалентна плотности, прогнозируемой на месте эксплуатации при заданном уровне трафика. В процессе проектирования состава смеси содержание асфальта подбирается так, чтобы количество пустот составляло 4%, если смесь уплотняется при N_d.

Таблица 4-11. Выбор числа оборотов для вращательной установки Суперпейв

N_i или N-исходное это критерий уплотняемости смеси. Считается, что смеси, которые уплотняются слишком быстро, будут мягкими при укладке и могут становиться нестабильными под действием транспортной нагрузки. Смесь, в которой содержание пустот при N_d достигает 4%, должна иметь, по меньшей мере, 11% пустот при N_i. Смеси, которые не отвечают этому требованию, это в основном мелкозернистые композиции, для которых характерно высокое содержание природного песка. 

Параметр N_m или N-максимальное, это количество оборотов необходимое для того, чтобы получить в лаборатории такую величину плотности, которая не будет превышена, ни при каких условиях эксплуатации. Параметр N_d помогает оценить эксплуатационную плотность. Параметр N_m сообщает некоторый запас устойчивости объемному весу уплотненного материала, что предотвращает слишком быстрое уплотнение смеси, при котором происходит понижение процента пустот на месте эксплуатации, что приведет к колееобразованию. Содержание пустот при N_m должно составлять 2%. Считается, что смеси, содержание пустот в которых при N_m менее 2%, более подвержены колееобразованию, чем смеси, содержание пустот в которых превышает 2%.

Количество оборотов N_d устанавливалось на основании результатов лабораторных и натурных испытаний, в ходе которых сравнивались показатели эксплуатационной и лабораторной плотностей при разной скорости вращения. Если N_d определяется для каждого уровня трафика и температуры воздуха, то число оборотов для Ni и N_m устанавливается исходя из параметра N_d. Уравнение для параметров Ni и N_m приводится ниже:

N_i = (N_d)^0,45

N_m = (N_d)^1,10

Уплотнение образцов

Чтобы получить образец диаметром 150 мм и высотой 115 мм, образцы HMA смешиваются и уплотняются. Такие уплотненные образцы анализируются с целью определить волюметрические свойства и процент пустот при N_i и N_m.

Все образцы для подбора состава смесей и определения объемных параметров необходимо состаривать в печи при температуре 135°C в течении 2 часов после смешивания, но до уплотнения. Старение необходимо проводить для того, чтобы асфальтовое вяжущее проникло в поры заполнителя, до уплотнения и охлаждение. При этом получается смесь, которая представляет собой типичную эксплуатационную композицию. Для процесса старения образец распределяется тонким слоем. Если смесь нельзя состарить, то подбирают содержание битума ниже оптимального, что приведет к понижению износоустойчивости во время эксплуатации дорожного покрытия.

При проектировании состава смеси все образцы уплотняются до N_m, а содержание пустот определяется при помощи машинных вычислений при N_i, N_d и N_m. Высота образца измеряется и фиксируется в процессе уплотнения, который позволяет установить объем смеси. Вес образца вносится в компьютер, и объем образца вычисляется по мере его уплотнения исходя из данных диаметра 150 мм и высоты образца. Зная эти параметры можно рассчитать объемную плотность. Полученное значение плотности является не вполне точным, потому что пустоты верхней, нижней и боковых поверхностей каждого образца считаются частью образца. После того, как каждый образец уплотнится до значения N_m его извлекают из уплотнителя и определяется фактическая объемная плотность путем взвешивания в воздухе и воде. Чтобы получить поправочный коэффициент фактическую плотность при N_m сравнивают с расчетной плотностью при N_m. Например, поправочный коэффициент (CF) образца, уплотненного до N_m рассчитывается следующим образом:

CF = фактическая плотность / расчетная плотность

Фактическую плотность при N_i и N_d можно рассчитать следующим образом:

Фактическая плотность = CF (Расчетная плотность)

Рыхлые образцы смеси тоже используются для расчета теоретической максимальной плотности (TMD). Зная теоретическую максимальную плотность и объемную плотность можно вычислить содержание пустот для разных уровней уплотнения. Образцы с теоретической максимальной плотностью должны быть состарены таким же способом, что и образцы для уплотнения.