Метод Маршалла бы разработан Армейским Корпусом Американских Инженеров для расчета смесей, предназначенных для асфальтобетонных покрытий аэродромов во время Второй Мировой Войны и последующих модификаций (5,6). Во время опубликования метод применялся упомянутым ведомством для покрытий военных аэродромов и Федеральной Авиационной Администрацией для асфальтобетонных покрытий аэродромов коммерческой авиации и авиации общего назначения. Позже метод был взят на вооружение в модифицированной форме Институтом Асфальта для расчета смесей для асфальтовых дорожных покрытий (7), а в 1990-е годы применялся многими автодорожными организациями, как в США, так и за их пределами. Многие организации внесли незначительные изменения в метод и разработали собственные критерии.
Для аэродромных асфальтобетонных покрытий, смеси приготавливаются в диапазоне содержания вяжущего материала с использованием ударного уплотнения (ASTM D1559). Уплотнительное усилие зависит от давления шин самолета. Для коммерческих аэродромов, подверженных давлениям шин самолетов порядка 1400 кРа, осуществляют уплотнение лабораторных испытательных образцов, применяя 75 ударов уплотнительным молотком на каждую сторону. Это уплотнительное усилие было выбрано для достижения репрезентативных плотностей в результате многократных транспортных нагрузок.
Методика расчета смесей включает анализ плотности и пустот в уплотненных образцах для определения процента воздушных пустот и процента пустот, заполненных битумом (ПЗБ). После этих определений образцы испытывают при 60 С и получают стабильность по Маршаллу (максимальная нагрузка, отмечаемая при испытании) и значение текучести (деформация, соответствующая максимальной нагрузке).
Данные наносятся на диаграмму в виде серии кривых, представляющих зависимости:
(а) плотности от содержания битума
(б) процента воздушных пустот от содержания битума
(в) процента пустот, заполненных битумом (ПЗБ), от содержания битума
(г) стабильности по Маршаллу от содержания битума, и
(д) текучести от содержания битума.
Расчетное содержание битума определяется как среднее по четырем выбранным содержаниям, соответствующим пиковой плотности, 4 процентам воздушных пустот, 75 процентам ПЗБ и максимальной стабильности по Маршаллу. Затем это содержание битума проверяется на окончательное содержание воздушных пустот и процента ПЗБ в заданных пределах, чтобы стабильность по Маршаллу превышала оговоренный минимальный уровень и чтобы значение текучести не было выше заданного максимального уровня. Выбор критериев, установленных для этой методики, явился результатом контролируемых нагрузок на испытательных грузовиках и наблюдений за эксплуатационными характеристиками смесей в диапазоне нагрузок самолетов и условий окружающей среды.
Для автодорожных покрытий используются варианты методики, разработанной Армейским Корпусом Американских Инженеров. Например, в методике (7) Института Асфальта выбирается содержание битума, соответствующее 4 процентам воздушных пустот (на основе прилагаемого репрезентативного уплотнительного усилия). Уплотнительные усилия составляют от 35 до 75 ударов молотком на каждую сторону, рассчитанные на дорожное движение от незначительного до интенсивного. Затем проверяются другие свойства смесей, включая стабильность по Маршаллу, значение текучести и ПЗБ, для определения приемлемых оговоренных критериев.
Метод, разработанный Хвеемом из Калифорнийского Автодорожного Отдела, применяется этой организацией с начала 1940-х годов (8, 9). Другие автодорожные организации, в частности, в западных Соединенных Штатах, адаптировали эту методику для своих требований. Как и в случае с методом Маршалла, фактические расчетные критерии варьируются среди организаций, применяющих метод Хвеема, хотя оборудование для оценки смесей в принципе одно и тоже. Концепция этого метода следующая:
(а) стабильность в основном зависит от структуры поверхности наполнителя, (б) оптимальное содержание битума зависит от площади поверхности, поверхностной структуры и пористости наполнителя и густоты битума, и (в) если необходимо, регулируется расчетное содержание битума, чтобы оставалось не более 4 процентов исчисленных воздушных пустот во избежание выделения битума на поверхность дорожного покрытия или возможного снижения стабильности.
Va = объем воздуха Wt = общий вес смеси
Vbe = объем эффективного битума Wb = вес битума в смеси
VMA = пустоты в минеральном наполнителе Ws = вес минерального
наполнителя в смеси
Vba = объем впитанного битума
Vs = объем минерального наполнителя
Для приготовления образцов для лабораторных испытаний в диапазоне содержания битума, применяется уплотнение при одновременном перемешивании. Уплотнительное усилие устанавливалось таким, чтобы достигались плотности, рассматриваемые как репрезентативные в условиях дорожного движения сразу после окончания строительства дорог.
Измеритель стабильности Хвеема при испытании на объемное (трехмерное) сжатие в закрытой системе обеспечивает качественное измерение по этому методу. Образцы смесей испытывают в этом приборе при 60 С в диапазоне содержания битума, и получают кривую стабильности в зависимости от содержания битума подобно той, как показано на Рис. 3-6. Благодаря установлению минимального уровня стабильности в соответствии с интенсивностью нагрузок дорожного движения, выбирается расчетное содержание битума аналогично тому, как показано на Рис. 3-6. Для того же наполнителя и асфальтового цемента (битума), расчетные содержания битума, выбранные по этой методике, в общем, несколько ниже, чем содержания, получаемые по методу Маршалла Армейским Корпусом Американских Инженеров с 75 уплотнительными ударами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.