Сопротивление истиранию поверхностных смесей

Одно из дополнительных условий проектирования смесей, которое имеет отношение только к поверхностным смесям, т.е. смесям, которые контактируют с шинами автомобиля на протяжении срока службы покрытия, после завершения строительства. Такие поверхности должны оставаться устойчивыми не только при разгоне, торможении и вертикальной нагрузке, но также должны сообщать удовлетворительный коэффициент сцепления, чтобы обеспечить нормальные ход при повороте и торможении. Это означает, что в обязанности инженера-дорожника входит проектирование поверхностной смеси, с таким расчетом, чтобы необходимый показатель трения на границе - шина-дорожное покрытие, достигался даже при изменении окружающих условий и рабочего режима транспортного средства на месте эксплуатации. Проектировщик смесей должен выбирать заполнители, которые обеспечат адекватный коэффициент сцепления для всех поверхностных смесей и гарантировать, что процентное содержание битума не будет достигать уровня, при котором происходит выступание битума с последующей утратой сопротивления истиранию.

Для того, чтобы выбрать материал, который обеспечивает необходимый коэффициент сцепления, следует проанализировать четыре свойства заполнителя: структуру, форму, размер и сопротивление износу и шлифовке. Выбор источника заполнителей в большинстве случаев предопределяет такие параметры как: структура, минералогическая характеристика и химический состав. Такие параметры, как: форма и размер зерен обуславливаются не только минералогическими характеристиками, но и, в значительной степени, способом дробления, применяемым для изготовления заполнителя. Сопротивление износу и шлифовке обуславливается всеми перечисленными выше параметрами, а также жесткостью различных минеральных компонентов породы, размером отдельных минералов в породе и разнообразными транспортными факторами.

Проектировщику необходимо анализировать свойства структуры заполнителей, доступные при составлении смесей, потому что некоторые агентства запрещают использовать насыщенный карбонатом камень, например, известняк, который обычно полируется под действие транспортного движения. Качество известнякового заполнителя варьируется в значительной степени; и некоторые известняковые заполнители не имеют склонности к полированию.

Опыт многих штатов и Национальной ассоциации производителей щебня показал, что, при правильном комбинировании заполнителей, имеющих разную скорость изнашивания, возможно успешное использование известняковых заполнителей, из большинства источников, при изготовлении поверхностных смесей. Лабораторные исследования показывают, что смешивание заполнителей, имеющих разные скорости полирования, является эффективным, потому что показатель сопротивления истиранию у смеси пропорционален средневзвешенному значению, установленному исходя из процентного содержания крупного заполнителя в смеси. Однако, процедура смешивания требует тщательного тестирования и анализа в ходе предварительных исследований, проводимых на этапах проектирования смеси. Смешивание имеет определенные преимущества с учетом того, что в США применяется огромное количество заполнителей, которые склонны к полированию. Следовательно, необходимо приложить значительные усилия для поиска оптимальных сочетаний заполнителей для получения поверхностей с адекватным сопротивлением истиранию. Необходимо также подумать об адаптации материалов смесей к условиям трафика, как в отношении объема, так и в отношении скорости.

Лабораторные установки, которые применяются для того, чтобы произвести ускоренную оценку характеристик полирования и износа заполнителя или комбинации заполнителей обсуждаются в главах 3 и 8.

Эти лабораторные установки используются в основном для проведения скрининг-теста на крупных заполнителях, которые предлагается применять для НМА поверхностей. В большинстве штатов заполнители из основных источников применяются для изготовления поверхностных смесей, поэтому анализируются их рабочие характеристики. Тем не менее, когда вводится новый заполнитель, эти установки могут применяться для определения способности заполнителя обеспечивать хорошее сопротивление истиранию в процессе эксплуатации дорожного покрытия. Если показатель полирования представляется сомнительным, то использование заполнителя может быть ограничено установками меньшего объема, до тех пор, пока не будут проведены испытания в рабочих условиях и измерены коэффициенты трения, и не появятся признаки снижения сопротивления истиранию под действием транспортной нагрузки.

Специальные заполнители могут применяться при проектировании смесей для получения смесей специального назначения с очень высокой устойчивостью к истиранию. Заполнители, типа шлака, пористого глинистого сланца и других искусственных материалов, иногда применяемых для верхних слоев дорожной одежды на дорогах с большой пропускной способностью или высокоскоростных треках, где требуется высокая стойкость к истиранию. Влияние устойчивости к истиранию на рабочие характеристики НМА поверхностей дополнительно рассматривается в главе 8.

ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

В этом разделе рассматриваются методы проектирования смесей по Маршаллу, Хвиму и системе Суперпейв.

Из штабелей подрядчика отбирают определенные количества заполнителя и отправляют их в лабораторию для подготовки проектных смесей. Для проектирования смесей по методу Маршалла и Хвима обычно, требуется около 90 кг заполнителя и 8-12 литров битумного вяжущего, на каждый метод. Для приготовления смесей по методике Суперпейв требуется около 225 кг заполнителя и 12-20 литров битумного вяжущего. Образцы берутся в соответствии со стандартными процедурами отбора проб, которые обсуждаются в главах 2 и3. Каждый образец заполнителя должен отражать усредненные характеристики штабеля. После просушки заполнителей, каждый образец дробят до размеров, подходящих для дозирования и определения гранулометрического состава.

Гранулометрические составы четырех заполнителей и технические требования по сортности общего заполнителя приводятся в таблице 4-14. Следующим этапом является определение процентного содержания каждого используемого заполнителя; итоговая композиция должна соответствовать установленным пределам. Расчетные значения приводятся в таблице 4-15. Состав смеси заполнителя определяется методом проб и ошибок, после двух проб доли заполнителей распределились следующим образом: 25% заполнителя №1, 15% заполнителя №2, 35% заполнителя №3 и 25%заполнителя №4. Первая проба, в которой доля каждого заполнителя составляла 25%, не входила в диапазон спецификации по размеру отверстий сита № 8, 16 и 30 (2,36; 1,18 и 0,600 мм). Объемный удельный вес комбинированного заполнителя (G_sb) составлял 2,620. Удельный вес битумного вяжущего составлял 1,030.

Таблица 4-14. Гранулометрический состав заполнителей и установленные пределы

Около 20 образцов заполнителя были подготовлены на основании установленных для каждого заполнителя пропорций. Смесь заполнителей нагревается до температуры, установленной в ASTM D1559 для методики Маршалла и D1560 для методики Хвима. Общий вес каждого пробного экземпляра был достаточным для приготовления образца установленного диаметра и высоты, т.е. диаметром 106 мм и высотой 63,5 мм.