Уплотнение смеси при выполнении асфальтового покрытия

Hot mix-7

РАЗДЕЛ 18

УПЛОТНЕНИЕ

Уплотнение является наиболее важным фактором при выполнении асфальтового покрытия. Адекватное уплотнение смеси увеличивает усталостную прочность, уменьшает остаточную деформацию, уменьшает окисление или старение, снижает разрушение покрытия, вызываемое избыточным влагосодержанием, увеличивает прочность и стабильность и снижает низкотемпературное растрескивание. Асфальтовая смесь со всеми ее предпочтительными характеристиками будет плохо эксплуатироваться в условиях дорожного движения, если она не уплотнена до необходимого показателя плотности. Действительно, уплотненная надлежащим образом смесь с приемлемыми свойствами часто превосходит смесь с необходимыми свойствами, которая недостаточно уплотнена.

Определения

Плотность материала это вес материала, который занимает определенный объем пространства. Например, асфальтовая смесь, содержащая известняковый наполнитель, может иметь уплотненную плотность 2355 кг/m3. Эта плотность или единичный вес указывает на степень уплотнения смеси. Материалы дорожных покрытий с разными наполнителями могут иметь весьма различные плотности. Например, асфальтовая смесь, в состав которой входит легкий по весу наполнитель, может иметь уплотненную плотность лишь 1362 кг/m3.

Уплотнение это процесс, во время которого асфальтовая смесь сжимается и уменьшается в объеме. Уплотнение уменьшает воздушные пустоты и увеличивает единичный вес или плотность смеси. В результате процесса уплотнения покрытые битумом наполнители в смеси сближаются друг с другом. Этот процесс увеличивает взаимное соединение наполнителей, а также трение между частицами, и уменьшает содержание воздушных пустот в смеси.

В контролируемых лабораторных условиях можно определять плотность асфальтовой смеси, требующейся для достижения нулевых воздушных пустот. При таком показателе, называемом теоретической максимальной плотностью, в смеси не останется воздушных пустот. Теоретическая максимальная плотность может быть вычислена из процентного содержания и удельного веса каждого компонента смеси. Ее можно также определить на основании лабораторных испытаний, а именно ASTM Test Method D2041, теоретического максимального удельного веса и плотности битумных смесей покрытий, иногда называемой Rice test. Последнее испытание предпочтительно для определения теоретической максимальной плотности по сравнению с вычислениями компонентов смеси.

Непосредственно на автодороге невозможно уплотнить хорошо подобранную смесь до состояния, когда в ней не будет пустот, поэтому, все асфальтовые смеси будут содержать воздушные пустоты после окончания процесса уплотнения. Содержание воздушных пустот в смеси это объем пространств между частицами, покрытыми битумом. Поскольку этот объем невозможно измерить непосредственно, используется отношение единичного веса уплотненной смеси к теоретической максимальной плотности. Содержание воздушных пустот определяется из отношения насыпного удельного веса смеси к теоретической максимальной плотности на основе следующей формулы: процент

воздушных пустот = 100[1 – (насыпной удельный вес / теоретический максимальный удельный вес)]. Таким образом, если насыпная плотность составляет 95% от теоретической максимальной плотности, смесь содержит 5% воздушных пустот.

В качестве примера, предположим, что уплотненная плотность асфальтовой смеси равна 2355 кг/m3 и что максимальная теоретическая плотность той же смеси равна 2467 кг/m3. Содержание воздушных пустот в смеси будет равно разности между этими двумя значениями, а именно, 2467 – 2355 = 112 кг/м3, деленное на величину максимальной теоретической плотности 2467 кг/m3, т.е. 4,5%.

Факторы, влияющие на уплотнение

На способность оборудования уплотнять асфальтовую смесь влияют четыре основных фактора: свойства материалов в смеси, параметры окружающей среды, условия на участке укладываемого покрытия и тип используемого уплотнительного оборудования. Каждый из этих факторов рассмотрен ниже.

(см. продолжение на следующей странице)

Свойства материалов    

Наполнители

На уплотняемость или жесткость асфальтовой смеси влияют характер частиц наполнителя и гранулометрия наполнителя в смеси. На достижение надлежащего показателя плотности могут оказывать влияние три свойства крупных частиц наполнителя, используемого в асфальтовой смеси, а именно, структура поверхности, форма частиц и число граней в частицах. С увеличением угловатости наполнителя, номинального максимального размера наполнителя и твердости наполнителя (например, гранита по сравнению с известняком) уплотнительное усилие, необходимое для достижения оговоренного показателя плотности, увеличивается. Угловатые частицы более стойки к переориентации под действием катков, чем округлые частицы, а потому выраженная угловатость повышает сопротивление уплотнению при воздействии уплотнительного усилия.

Также важной является структура поверхности отдельных частиц наполнителя. Наполнители, имеющие неровную структуру поверхности, уплотняются труднее по сравнению с наполнителями с гладкой поверхностью. На требуемое уплотнительное усилие также влияет форма наполнителя. Наполнитель кубической формы требует большего уплотнительного усилия, чем круглая частица, прежде чем будет получен заданный показатель плотности.

Как правило, легче всего уплотняется наполнитель плотного типа с постоянным гранулометрическим составом, от крупных до тонких частиц. Смеси открытого типа требуют значительного увеличения уплотнительного усилия для достижения желаемого показателя плотности. Песчаная смесь или смесь тонкого помола вследствие присущей ей мягкости трудно поддается уплотнению.

Смеси, которые содержат избыток тонких частиц среднего размера [между 0,60 и 0,3 мм (номера сит № 30 и № 50) или между 0,425 и 0,180 мм (номера сит № 40 и № 80)], также трудно уплотняются из-за их недостаточного внутреннего сцепления. Эти смеси склонны к смещению в боковом направлении, но не к вертикальному сжатию. Кроме того, на требуемое уплотнительное усилие влияет содержание пыли (количество наполнителя, проходящего через сито № 200 с ячейкой 0,075 мм). Смесь с высоким содержанием пыли обычно уплотняется труднее, чем смесь с более низким содержанием пыли в зависимости от угловатости и тонины частиц пыли.

Как правило, наполнители со свойствами, повышающими усталостную прочность и сопротивление остаточной деформации, требуют повышенного уплотнительного усилия для получения желаемой плотности.

Битум

Тип и количество битума, используемого в смеси, также влияют на способность смеси к уплотнению. Битум, имеющий повышенную вязкость или более низкое проникание, ведет к образованию более густой смеси при данной температуре смеси. Так, смесь, содержащая битум марки АС-20, будет более густой при данной температуре, чем аналогичная смесь с битумом марки АС-10. Если принимать во внимание систему классификации вяжущих материалов по индексу PG (см. Раздел 3), смесь с вяжущим материалом PG 70-22, как правило, будет более густой, чем смесь с использованием вяжущего материала PG 58-22. Чем гуще смесь, тем требуется большее уплотнительное усилие для достижения заданного показателя плотности.