Высокомодифицированное звязальнае і зніжэнне таўшчыні асфальтавага пакрыцця.

Высокомодифицированное звязальнае і зніжэнне таўшчыні асфальтавага пакрыцця.

Выкарыстанне высокополимер-мадыфікаванага звязальнага для асфальтавага пакрыцця (ВПМС) дазваляе знізіць таўшчыню пласта пакрыцця пры захаванні або перавышэнні характарыстык больш магутных слаёў асфальту з традыцыйнымі пакрыццямі нават ва ўмовах надзвычай шчыльнага руху. Да такіх вынікаў прыйшоў нацыянальны цэнтр асфальтавых тэхналогій (NCAT) пасля правядзення выпрабаванняў.

Чацвёрты цыкл даследаванняў (2009-2012), праведзены на выпрабавальным палігоне NCAT ў г. Опелика, Алабама, ЗША, паказвае, што на доследнай секцыі палігона з выкладзеным асфальтам на базе ВПМС глыбіня каляіны ў сярэднім на 1/3 менш, чым на кантрольным адрэзку трасы (таўшчыня пласта на кантрольным адрэзку на 18% больш, чым на дасведчаным). Адрэзак з асфальтам на базе ВМПС і кантрольны адрэзак былі забяспечаныя пакрыццём, вырабленым па адным тэхналагічным працэсе Superave [1].

Вынікі выпрабаванняў былі апублікаваныя на канферэнцыі на палігоне (28-29 лютага 2012 г.) у Атэлі універсітэта абгарні і Канферэнц-цэнтры Дыксан, г. абгарні, Алабама.

Даследчыя магчымасці палігона

Выпрабавальная траса NCAT пабудавана ў 2000 годзе. Яе даўжыня - 2,7 км, форма трасы - эліпс. Прызначэнне трасы - паскораныя выпрабаванні на адрэзках па 60 м, на якіх знос трасы на працягу ўсяго тэрміну службы мадэлюецца ў працягу 2 гадоў. Выпрабавальныя ўчасткі дазваляюць інжынерам і даследчыкам вымяраць, рэгістраваць і аналізаваць рэакцыю пакрыцця на вялікія нагрузкі з мэтай распрацоўкі больш эканамічных і эфектыўных пакрыццяў.

Ўчасткі прадастаўляюцца для даследаванняў такім спонсарам, як Федэральная адміністрацыя аўтадарог (FHWA), дэпартамента транспарту штатаў і прыватным кампаніям для выпрабаванняў сумесяў для дарожных пакрыццяў на кожным цыкле. Будаўніцтва, эксплуатацыя і даследаванні на палігоне фінансуюцца за кошт сумесных намаганняў агенцтвы і прыватных кампаній, кожная з якіх выконвае ўласныя даследчыя праграмы.

Аб'ектам нядаўняга цыклу даследаванняў сталі структурныя і павярхоўныя характарыстыкі пакрыцця. Падрыхтоўка да даследаванняў ўключала рэканструкцыю або восстановление17 участкаў трасы (з агульнай колькасці 46). Адным з іх стаў ўчастак N7, на якім быў выкладзены асфальт на аснове ВПМС, тэхналогіі, распрацаванай спонсарам секцыі, кампаніяй Kraton Performance Polymers.

Працягласць аднаго даследчага цыкла - тры гады. За гэты час магчыма пабудаваць або аднавіць ўчасткі, мадэляваць на працягу двух гадоў струмень грузавога транспарту, аналізаваць дадзеныя і падрыхтоўваць справаздачы. У цяперашні час на палігоне плануецца правесці пяты цыкл даследаванняў, у рамках якога будуць дэмантаваныя невыкарыстоўваныя ўчасткі (вясна 2012) і пабудаваны новыя (канец лета 2012). Пуск руху па палігоне плануецца выканаць у жніўні 2012 года.

Экстрэмальныя нагрузкі, суровыя выпрабаванні

Мадэляванне руху выконваецца па наступнай праграме: да секцыях палігона прыкладваецца 10 млн цыклаў па 8,2 т эквівалентнай разліковай восевай нагрузкі (ESAL) на працягу 2 гадоў. Грузавікі выконваюць рух у 2 змены. Гэта 8-восевыя 70-тонныя грузавікі з прычэпамі, якія выконваюць бесперапыннае рух кожны дзень з 5.00 да 23.00. Кожны з пяці грузавікоў праязджае каля 1100 км у дзень.

Для таго, каб палегчыць правядзенне выпрабаванняў, на палігоне ўстаноўлена рознае дапаможнае абсталяванне: термисторы, устаноўленыя на рознай глыбіні асфальтавага пакрыцця і злучаныя з аўтаматычнай метэастанцый на аб'екце. Гэтыя дадзеныя дапамагаюць ацаніць умовы эксплуатацыі кожнага з ўчасткаў. Рэакцыя пакрыцця на нагрузкі вымяраецца пры дапамозе тензодатчиков і датчыкаў ціску, устаноўленых на пэўных глыбінях. Бесправадная сетка, устаноўленая па ўсёй трасе, забяспечвае высакахуткасную перадачу дадзеных на галоўны сервер.

Кожны тыдзень NCAT праводзіць праверку пры дапамозе інэрцыйнага профилографа з падвойным сканавальным лазерным вымяральнікам каляіны: вымяраецца грубасць кожнага колавага шляху, макротекстура правага колавага шляху, каляіна кожнага кола на кожным доследным адрэзку. Бяруцца і іншыя вымярэння: неразбуральныя плотностные і профільныя разрэзы. Кожны тыдзень праводзяцца ударныя выпрабаванні падальным грузам і дефлектометром, а таксама складаюцца карты парэпання паверхні. Раз у месяц праводзяцца фрыкцыйныя выпрабаванні (пры дапамозе поўнапамернага рэгістратара трэння). Выпрабаванні на цэласнасць і пранікальнасць праводзяцца раз у квартал. Адбор проб для вызначэння ўшчыльнення кожнага пласта пакрыцця таксама праводзіцца штоквартальна.

Для таго, каб спрасціць карэляцыі паміж замерам параметраў у лабараторыі і ў полі, персанал NCAT адбірае большую порцыю сумесі на заводзе пры будаўніцтве кожнага вопытнага ўчастка і пасля выкарыстоўвае сумесь для вырабу узораў для лабараторных выпрабаванняў. Напрыклад, сумесь для базавага пласта падвяргаюць выпрабаванню на усталостную нагрузку (ўзоры-палачкі) і противофазную нагрузку. Сумесь для верхняга пласта праходзіць выпрабаванні на вызначэнне дынамічнага модуля, цякучасць, выпрабаванні на аналізатары асфальтавага пакрыцця і колава-накатного агрэгаце для вылічэнні ўстойлівасці да незваротнай дэфармацыі. Сумесі для верхняга пласта таксама адчуваюць накладаннем, правяраюць на паўзучую дэфармацыю і расцяжэнне, энергетычны каэфіцыент. Усё гэта дазваляе вызначыць патэнцыйную здольнасць сумесі да парэпання.

Даследаванні структурных параметраў

У чацвёрты цыкл выпрабаванняў NCAT ўвайшлі пашыраныя даследаванні участкаў (спонсары працягвалі даследаванні, пачатыя раней), даследаванні участкаў з пакрыццямі з новых сумесяў, структурныя даследаванні. Рэканструкцыя і аднаўленне 17 участкаў былі скончаны ў жніўні 2009 года падрадчыкам, прызначаным па выніках конкурсу. Сярод гэтых участкаў шэсць былі прызначаныя для структурных выпрабаванняў, спонсарамі якіх выступілі дэпартаменты транспарту шасці штатаў. Сярод іх ёсць і ўчастак кампаніі Kraton. Пакрыцця на участках выраблены па тэхналогіі гарачых асфальтавых сумесяў Superpave. Таўшчыня пласта для структурных выпрабаванняў вар'іравалася ад 175 мм да 140 мм (участак кампаніі Kraton), на асобных участках 225 мм (з якіх больш за 150 мм - база з матэрыялу высокай шчыльнасці і жорсткая падкладка). Увесь бітум, выкарыстаны для рэканструкцыі пакрыцця, утрымліваў 0,5% противозадирочной асадкі.

Пакрыццё на ўчастку кампаніі Kraton (N7) выраблена з ужываннем ВПМС, таўшчыня пласта - 140 мм. Злучнае рэчыва змяшчае 7,5% мадыфікаванага сціраючы-бутадыен-стиренового (SBS) палімера. Кантрольны ўчастак мае таўшчыню 175 мм, два верхніх пласта выраблены з ужываннем 3% SBS-палімера.

Федэральная адміністрацыя па аўтадарогах пацвярджае перавагі палімернай мадыфікацыі

Злучныя рэчывы, мадыфікаваныя палімерамі, такімі, як трехкомпонентный супалімер SBS, знаходзяць усё больш шырокае прымяненне ў вырабе ГС (звесткі Федэральнай адміністрацыі па аўтадарогах). У тэхнічным справаздачы за верасень 2010 г. [2] Адміністрацыя адзначае, што мадыфікаванае звязальнае рэчыва больш эластычна і валодае больш высокімі характарыстыкамі калянасці (глейкасці) пры нізкіх і высокіх тэмпературах, якія ў большай ступені адказваюць спецыфікацыям высакаякасных звязальных для асфальтаў класа Superpave [3] . Гэтыя спецыфікацыі прывязаныя да экалагічных і дарожным умовам канкрэтнага аб'екта. Палімер-мадыфікаваныя звязальныя, як правіла, класіфікуюцца і ўжываюцца ў тых выпадках, калі індэкс PG (гатунковасць пры нізкай тэмпературы + гатунковасць пры высокай тэмпературы) перавышае 90 (напр., PG 70-22).

Далей, у справаздачы паказваюцца перавагі выкарыстання палімераў: «Будучы некалькі даражэй чыстых звязальных для асфальтавых сумесяў, палімер-мадыфікаваныя звязальныя ў гарачых сумесях забяспечваюць відавочнае павышэнне характарыстык - меншае адукацыю каляіны, паніжанае усталостную парэпанне, паніжанае парэпанне пад уздзеяннем тэмператур, - асабліва ва ўмовах высокіх нагрузак і складаных кліматычных умоў. У залежнасці ад кошту і эксплуатацыйных характарыстык, спецыфічных для канкрэтнай мясцовасці (г.зн. геаграфічных умоў), кошт сумесяў на базе палімер-мадыфікаванага звязальнага на працягу жыццёвага цыкла можа быць значна ніжэйшы за кошт сумесяў з немадыфікаваных звязальным ».

У справаздачы таксама гаворыцца пра тое, што вопыт эксплуатацыі такіх пакрыццяў дадатны, і што з часу ён змяняецца ў лепшы бок у адпаведнасці з развіццём тэхналогіі.

Пераадоленне абмежаванняў, накладзеных палімерамі, і кладка тонкіх асфальтавых пакрыццяў

Кампанія Kraton Performance Polymers распрацавала тэхналогію DGVC для павышэння трываласці пакрыцця і яго ўстойлівасці да адукацыі каляіны, выбоін і парэпання пры адначасовым зніжэнні таўшчыні пакрыцця.

Для правядзення палявых выпрабаванняў гэтага прадукта кампанія выдала NCAT запар на будаўніцтва пласта пакрыцця таўшчынёй 140 мм на ўчастку N7 для даследчага цыкла 2009-2012 гг.

Змест мадыфікаванага SBS-палімера (7,5%), які выкарыстоўваецца ў складзе злучнага рэчыва, у 1,5-2 разы перавышае колькасць звычайнага палімера, які выкарыстоўваецца для мадыфікацыі звязальнага.

Калі колькасць палімера ў звязальным вышэй за гэты ўзровень, глейкасць звязальнага рэчыва павышаецца настолькі, што сумесь становіцца вельмі складана вырабляць і надзвычай цяжка укладваць на аб'екце. Кампанія Kraton распрацавала SBS-палімер D0243, які можа змешвацца з бітумным звязальным ў аб'ёме 7,5% і вышэй, не павялічваючы пры гэтым глейкасць звязальнага.

Распрацоўка новага палімера з'яўляецца працягам работ, пачатых у 2004 годзе даследчыкамі кампаніі сумесна са спецыялістамі лабараторыі дарожнай інжынерыі Делфтского тэхналагічнага універсітэта (Нідэрланды), найбуйнейшага і найстарэйшага дзяржаўнага тэхнічнага універсітэта. Асноўнай мэтай даследчыкі паставілі наступнае: высветліць, ці магчыма павялічыць тэрмін службы базавых слаёў дарожнага пакрыцця пры дапамозе SBS-мадыфікацыі і / або паменшыць таўшчыню асфальтавага пакрыцця.

Методыка даследавання - выпрабаванні узораў асфальту на стомленасць і калянасць шляхам згінання ў чатырох кропках, ускладненыя механічныя выпрабаванні на парыў і сціск. Ацэньваліся розныя тыпы палімера (SBS) і яго розныя канцэнтрацыі. Усталостную выпрабаванні паказалі, што для значнай змены уласцівасцяў асфальтавай сумесі патрабуецца большая колькасць SBS-палімера. Зыходзячы з гэтага, аб'ектам апошняга этапу выпрабаванняў сталі звязальныя са зместам SBS 6% і 7,5%.

Ускладненыя механічныя выпрабаванні асфальтавых сумесяў паказалі палепшаныя характарыстыкі сумесяў, мадыфікаваных SBS у параўнанні з немадыфікаваны сумесямі. Вынікі таксама прадэманстравалі пэўныя адрозненні ў распаўсюдзе разбурэнняў (акумуляваных незваротных дэфармацый) для пакрыццяў на аснове мадыфікаванага і немадыфікаваны звязальнага. Нават у больш тонкага пласта пакрыцця (150 мм) з SBS-мадыфікаванага асфальту пашкоджанні зафіксаваныя ў аб'ёме ў 4 разы менш, чым у 250-мм пласта немадыфікаваны асфальту. Немадыфікаваны, больш магутнае, пакрыццё паказала ў 4,5 разоў больш незваротных дэфармацый, чым тонкае пакрыццё з мадыфікаванага асфальту.

Будаўніцтва адрэзка N7, параўнанне з кантрольнымі ўчасткамі

Пакрыццё на адрэзку N7 выпрабавальнага палігона было пабудавана з 3 слаёў гарачай сумесі (Табліца 1). Намінальны базавы пласт (55 мм) і сярэдні пласт (55 мм) былі выраблены на аснове сумесі з часціцамі граніту дыяметрам 19 мм. Верхні пласт (30 мм) выраблены на аснове сумесі з граніту (9,5 мм). Усе тры пласта з сумесі на базе мадыфікаванага звязальнага з утрыманнем 7,5% SBS. Рэцэптура сумесі, ушчыльненне і іншыя параметры аналагічныя кантрольнаму участку (адзіныя адрозненні складаюцца ў звязальным рэчыве і таўшчыні пласта).

Пакрыццё кантрольнага ўчастка S9 мае агульную таўшчыню 175 мм і складаецца з трох слаёў - база 75 мм, сярэдні пласт 70 мм і верхні пласт 30 мм (Табліца 2). Верхні і сярэдні пласты выраблены з сумесі з ужываннем звязальнага, мадыфікаванага 3% SBS. На выпрабавальным і на кантрольным участках сумесі прыгатаваныя па метадзе SUPERPAVE [1] з выкарыстаннем аднолькавага матэрыялу, аднак на ўчастку N7 пакрыццё на 18% танчэй, чым на кантрольным участку S9, якое выкарыстоўваецца звязальнага - HiMA замест PG 76-22 (выкарыстоўвалася на кантрольным участку) . Абодва ўчастка пабудаваны на цвёрдым палатне.

Вынік: каляіна меншай глыбіні

Транспартныя выпрабаванні на палігоне завяршыліся ў верасні 2011 г., калі была выкананая нагрузка 10 млн. Цыклаў эквівалентнай разліковай восевай нагрузкі. Персанал NCAT правёў экспертныя даследаванні і вывучыў сабраныя дадзеныя. На канферэнцыі ў лютым 2012 г., акрамя іншых дадзеных, былі прадстаўлены звесткі аб сярэдняй дэфармацыі па шляху накату колам (адукацыі каляіны):

- Дэфармацыя кантрольнага ўчастка S9 з пакрыццём таўшчынёй 175 мм склала 7,1 мм. На ўчастку N7 (HiMA) з пакрыццём таўшчынёй 144 мм глыбіня каляіны склала 2,2 мм.

- Карта парэпання на ўчастку N7 не выявіла расколін пакрыцця. Аналіз, выкананы NCAT на падставе дадзеных фактычнай нагрузкі і разлікаў на падставе вымярэнняў, а таксама з улікам мяжы усталостную трываласці узораў ў выглядзе бруска, паказаў, што стомленасная трываласць пакрыцця на ўчастку N7 палепшылася на парадак. Акрамя таго, характарыстыкі пакрыцця могуць апынуцца лепш, чым на кантрольным участку, у тым ліку і з пазіцыі распаўсюджвання усталостную расколін знізу ўверх.

Рамонт пашкоджанага ўчастка сумессю на аснове HiMA

Магчымасць знізіць таўшчыню асфалтовое пакрыццё пры забеспячэнні высокіх эксплуатацыйных характарыстык - адно з пераваг звязальнага HiMA, і яно было выяўлена на суседнім участку выпрабавальнага палігона.

Ўчастак N8, спонсарам якога з'яўляецца Дэпартамент транспарту штата Аклахома, быў пашкоджаны падчас цыклу даследаванняў 2009-2012 гг. Гэта было не першае пашкоджанне, зафіксаванае на дадзеным участку.

Па заканчэнні цыклу даследаванняў 2006-2009 гг. на ўчастку было адзначана шырокае усталостную парэпанне. Пры будаўніцтве ўчастка N8 падрадчык паклаў пакрыццё таўшчынёй 250 мм на 1,2 м палатна нізкай якасці, якое адрознівалася ад жорсткага палатна на кантрольным участку.

Яшчэ на этапе будаўніцтва Дэпартамент транспарту штата Аклахома запатрабаваў ад NCAT выкарыстоўваць у якасці палатна пэўны тып глебы, блізкі па характарыстыках глеб штата Аклахома, вядомым сваёй нізкай апорнай здольнасцю. Пакрыццё разбурылася, і пашкоджаны ўчастак быў адрамантаваны: было зрэзана 125 мм верхняга пласта, на месца якога была выкладзеная сумесь аналагічнага складу. Адноўлены пласт таксама разбурыўся, на гэты раз ўсяго за 8 месяцаў цыклу даследаванняў 2009-2012 гг. Пры гэтым на 6 эксперыментальных участках і на 4 прыватна спансаваных участках палігона парэпання выяўлена не было.

Пасля паўторнага разбурэння ўчастка адміністрацыя NCAT адзначыла добрыя паказчыкі эксплуатацыі суседняга ўчастка N7 і прапанавала выкарыстоўваць для рамонту ўчастка N8 сумесь на аснове звязальнага HiMA, што дазволіла б прааналізаваць яе паводзіны на пашкоджаным участку.

Прадстаўнікі Дэпартамента транспарту штата Аклахома пагадзіліся ўжыць сумесь з участку N7, аднак для базавага пласта выкарыстоўвалі сумесь з часціцамі дыяметрам 9,5 мм (склад, падобны на склад сумесі для верхняга пласта, аднак з таўшчынёй 55 мм). Пры рэканструкцыі было зрэзана 145 мм пашкоджанага пакрыцця, каля 105 мм пашкоджанага базавага пласта было пакінута. Затым было выкладзена 145 мм новай сумесі на падставе HiMA.

Пасля кладкі новага пакрыцця грузавікі зноў праехалі па адрамантаваным участку ўчастка N8, а прыборы NCAT зноў пачалі рэгістрацыю дадзеных на эксперыментальным участку.

У верасні 2011 года, калі скончылася транспартная нагрузка 4 цыклу, была зафіксавана глыбіня дэфармацыі ўчастка N8 на ўзроўні 2,7 мм. Пры непасрэдным параўнанні відаць, што пасля першапачатковага рамонту значная каляіна і расколіны ўтварыліся ўжо пасля 4 млн. Цыклаў эквівалентнай восевай нагрузкі, у той час як пасля рамонту ў ужываннем звязальнага HiMA расколіны адсутнічаюць, каляіна мінімальная ўжо пасля 5,7 млн. Цыклаў эквівалентнай восевай нагрузкі . Дэпартамент транспарту штата Аклахома працягне спансаванне гэтага ўчастка на працягу цыкла 2012-2014 гг. для маніторынгу эксплуатацыйных характарыстык пакрыцця.

заключэнне

Паказана, што выкарыстанне мадыфікаванага вялікамалекульным палімераў звязальнага ў асфальтавай сумесі дазваляе знізіць таўшчыню пакрыцця нават пры экстрэмальных нагрузках. Пры гэтым будуць забяспечаны характарыстыкі альбо параўнальныя, альбо лепшыя, чым у немадыфікаваных сумесяў, прыгатаваных на аналагічным матэрыяле і з аналагічнай гранулометрией.

Эксперыментальнае пакрыццё з гарачай сумесі з ужываннем палімера HiMA на працягу 2 гадоў падвяргаецца цяжкім транспартным нагрузак у адпаведнасці з умовамі выпрабаванняў, і за гэты час было адзначана менш 1/3 ад узроўню дэфармацыі, зафіксаванай на больш магутным пласце пакрыцця на кантрольным участку.

Палімер HiMA быў таксама выкарыстаны пры будаўніцтве пласта паменшанай таўшчыні для рамонту пашкоджанага эксперыментальнага ўчастка. Тут таксама была адзначана каляіна меншай глыбіні, чым на кантрольным участку.

Выдатныя паказчыкі пасля выпрабаванняў і той факт, што на участках, пабудаваных з ужываннем палімера HiMA, па цяперашні час не зафіксавана расколін, дазваляе спадзявацца на тое, што новая тэхналогія перасягне традыцыйныя, у тым ліку, у аспекце распаўсюджвання усталостную расколін знізу ўверх.

Артыкул: Высокомодифицированное звязальнае і зніжэнне таўшчыні асфальтавага пакрыцця.

Апкалимов Дзяніс, ТАА "ІПК" Ротар "