Проектирование асфальтобетонных покрытий по методу Superpave
Superpave (от англ. Superior Performing Asphalt Pavements) – это передовой метод разработки составов асфальтобетонов с высокой эксплуатационной надежностью. «Суперпейв» является продуктом Стратегической программы исследования дорожного хозяйства (Strategic Highway Research Program). Инновационная система была разработана в США в 1992 году при участии специалистов из разных стран. Главное достоинство таких асфальтобетонов – повышенный межремонтный срок эксплуатации. Он характеризуется увеличением стойкости дорожного полотна к следующим изменениям:- абразивный износ;
- остаточные деформации;
- механические повреждения;
- усталостные растрескивания;
- низкотемпературное трещинообразование.
- повторное использование регенерированных покрытий;
- сокращение затрат на транспортировку материалов издалека.
Основные особенности асфальтобетона по методу Суперпейв
Главная задача этого метода проектирования – прогноз поведения дорожных одежд во времени. Superpave точно определяет физико-механические свойства и поведение асфальтобетона в условиях эксплуатации:
- трещиностойкость;
- влагоустойчивость;
- восприимчивость к колееобразованию;
- модуль упругости при влиянии разных температур.
Прогнозирование проводится с помощью специальных лабораторных испытаний. Улучшение эксплуатационных характеристик по методологии Superpave происходит за счёт рационального сочетания 3 составных частей:
- Проведение испытаний битумного вяжущего.
- Проведение испытаний каменных материалов.
- Создание объёмного состава и прогноз поведения асфальтобетона.
Подбор битумного вяжущего
Любая асфальтобетонная смесь состоит из минеральных материалов: битума, песка, щебня и гравия. Долговечность итоговой смеси во многом зависит от качества связывающего битума. Технология Superpave предполагает точный подбор битума не по морально устаревшим нормам, а по специально созданной шкале PG Grade.
Классификация PG позволяет определить битумное вяжущее, подходящее для конкретного участка дороги. Выбор битума по шкале PG Grade основан на анализе характеристик в данном районе строительства:
- особенности природных условий;
- интенсивность нагрузок при автомобильном движении;
- максимально высокие показатели летней и зимней температуры за последние 20 лет.
Для оценки параметров вяжущего используются различные показатели:
- плотность;
- пластичность;
- динамическая вязкость;
- устойчивость к ползучести.
Соответствие этих параметров проверяется при проведении лабораторных испытаний.
Классификация PG
| Марки по высокой температуре, °C | Марки по низкой температуре, °C | ||||||
| PG 46 | -34 | -40 | -46 | ||||
| PG 52 | -10 | -16 | -22 | -28 | -34 | -40 | -46 |
| PG 58 | -16 | -22 | -28 | -34 | -40 | ||
| PG 64 | -10 | -16 | -22 | -28 | -34 | -40 | |
| PG 70 | -10 | -16 | -22 | -28 | -34 | -40 | |
| PG 76 | -10 | -16 | -22 | -28 | -34 | ||
| PG 82 | -10 | -16 | -22 | -28 | -34 | ||
Требования к каменным материалам
Каменные материалы занимают более 90% массы асфальтобетонного состава. В технологии «Суперпейв» анализируют согласованные и несогласованные свойства этих материалов. В первом разделе параметров рассматривают показатели:
- количество глинистых и пылеватых частиц;
- угловатость крупных и мелких зерен;
- количество зерен различных форм.
Процентное содержание каждой фракции определяет параметры будущей смеси.
Пример. Зерна с отколотыми гранями прямо влияют на сдвигоустойчивость асфальтобетона, так как они повышают внутреннее трение в дорожном полотне.
К несогласованным свойствам относят параметры «материнской» породы:
- морозостойкость;
- износоустойчивость;
- содержание токсичных компонентов.
Итоговая комбинация проверяется на соответствие нормам. Правильный выбор каменных материалов позволяет получить надежный асфальтобетон, который выдерживает деформации и усталостные изменения.
Зависимость нагрузки от процентного содержания различных фракций в асфальтобетонной смеси
Количество проездов осей с расчетной нагрузкой 80 кН по одной полосе | Процент крупных зерен с отколотой гранью, не менее | Пористость неуплотненного мелкого материала, % не менее | Величина песчаного эквивалента, % не менее | Содержание пластинчатых и игловатых частиц, % не более | ||
При глубине слоя менее 10 см | При глубине слоя более 10 см | При глубине слоя менее 10 см | При глубине слоя более 10 см | |||
<0,3 | 55/- | -/- | – | – | 40 | – |
0,3-3 | 74/- | 50/- | 40 | 40 | 40 | 10 |
3-10 | 85/80 | 60/- | 45 | 40 | 45 | 10 |
10-30 | 95/90 | 80/75 | 45 | 40 | 45 | 10 |
>30 | 100/100 | 100/100 | 45 | 45 | 50 | 10 |
Объемное создание асфальтобетона
Завершающая стадия проектирования по данной системе – это поиск «идеальной» комбинации и определение нормального содержания всех компонентов. Далее проверяют механические свойства спроектированного объекта при кратковременных нагрузках. В лаборатории смесь максимально уплотняют, используя специальный прибор – гиратор-компактор. В результате приходят к рабочей формуле смеси, которая выдерживает оптимальные нагрузки.
Требования к параметрам уплотнения в зависимости от транспортной нагрузки
Интенсивность движения ESALs, млн | Количество оборотов прибора | Стандартные условия движения | ||
N | N | N | ||
<0,3 | 6 | 50 | 75 | Использование на дорогах с очень низкой интенсивностью движения. |
0,3-3 | 7 | 74 | 115 | Применение на жилых улицах и среднезагруженных природных дорогах. |
3-30 | 8 | 100 | 160 | Возможно внедрение на государственных трассах и скоростных автомагистралях. |
>30 | 9 | 125 | 205 | Использование на межрегиональных дорогах в городской и сельской местности. |
Примечание: ESALs – суммарное приведенное к расчетной нагрузке число проездов осей с нагрузкой 80 кН.
Практическое применение суперасфальта в России
Более 60% федеральных и региональных дорог в России не соответствуют существующим нормам по качеству. При этом затраты на возведение трасс постоянно растут, а российские дороги стареют быстрее, чем их успевают ремонтировать. Дорожное полотно разрушается под воздействием многих факторов:- влияние атмосферных осадков;
- воздействие температурных перепадов;
- интенсивное движение автотранспорта.
- уменьшение ремонтных предприятий;
- сокращение затрат на прокладывание дорог;
- замена устаревших технических условий автодорожного покрытия;
- разработка единого состава асфальтобетонных смесей для каждой климатической зоны РФ.
Сравнение с классическими технологиями
Методы и критерии Superpave регулярно совершенствуются. Применение суперасфальта позволяет продлить эксплуатацию дорожных одежд по сравнению с традиционными смесями.
|
Параметр сравнения |
Традиционные покрытия |
Суперпейв |
|
Срок эксплуатации |
Стандартное дорожное полотно служит до 7 лет. |
Асфальт марки «Superpave» используется до 10-12 лет. |
|
Технология |
Применение устаревших ГОСТов и СНИПов, не учитывающих реальные условия эксплуатации дорожных покрытий. |
Использование передовых технологий: сложный подбор битумного и каменного материалов, а также их тестирование в ходе лабораторных испытаний. |
|
|
Экономия в 10-20% при строительстве дорожного полотна без использования системы Superpave. |
Несмотря на ресайклинг и использование местных материалов, стоимость работы с суперасфальтом на 10-20% дороже классического строительства дорог. |
|
Надежность эксплуатации |
Дороги федерального и регионального значения, построенные по традиционной технологии, нуждаются в регулярном обслуживании. Уже на следующий год после ввода дорожного объекта в эксплуатацию проводятся ремонтные работы. А спустя 5 лет требуется полная замена дорожного полотна. |
Покрытие «Суперпейв» изначально создается с расчетом длительной эксплуатации. Состав суперасфальта тщательно разрабатывается, а затем тестируется в лаборатории. Итоговый асфальтобетон не нуждается в частом ремонте, что увеличивает экономическую эффективность материала на 30-50%. |
