сотрудник
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
сотрудник
Ростовская область, Россия
студент
Ростовская область, Россия
сотрудник
Ростовская область, Россия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ББК 383 Строительные материалы и изделия
Одной из важнейших задач дорожного хозяйства является обеспечение безопасности движения при эксплуатации автомобильных дорог. Для предотвращения преждевременных разрушений дорожной одежды, необходимо использовать современные композиционные материалы не только с высокими прочностными характеристиками, но и с надежными эксплуатационными показателями качества. В зарубежной практике существует опыт применения защитных слоев покрытия из щебеночно-мастичных и высокопористых или пористых асфальтобетонных смесей с открытой гранулометрией(дренирующих), позволяющих существенно повысить без-опасность дорожного движения. При сравнительном анализе качественных характеристик щебеночно-мастичных и дренирующих асфальтобетонных смесей, применяемых при устройстве слоев износа, были определены физико-механические и эксплуатационные свойства асфальтобетонов. Исследования показали, что применение дренирующего асфальтобетона в качестве слоя износа дорожной одежды повышает сцепление колес автомобиля с покрытием, снижает вероятность аквапланирования и уменьшает количество брызг от впереди движущегося транспорта, что позволит повысить безопасность дорожного движения в дождливую погоду. При этом, важно отметить и тот факт, что покрытие из дренирующего асфальтобетона более устойчиво к колееобразованию по сравнению с щебеночно-мастичным асфальтобетоном.
слой износа, верхний слой покрытия, щебеночно-мастичный асфальтобетон, дренирующий ас-фальтобетона, колееобразования, фильтрация
Введение. На территории Российской Федерации на автомобильных дорогах с высокой грузонапряженностью верхний слой покрытия преимущественно устраивают из щебеночно-мастичного асфальтобетона, основным назначением которого является обеспечение комфортного и безопасного движения транспортных средств. Долговечность такого конструктивного слоя во многом связана с качеством подбора состава асфальтобетонной смеси.
Анализ зарубежных методов проектирования асфальтобетонных смесей выявил, что основной целью на стадии подбора состава является создание оптимальной структуры асфальтобетона, обеспечивающей требуемые эксплуатационные свойства в течении срока службы [4].
Во многих странах Европы в качестве верхнего слоя покрытия (замыкающего слоя) применяют асфальтобетонные смеси с открытой гранулометрией, так называемые дренирующие асфальтобетонные смеси. По показателям эксплуатационным свойств такие асфальтобетоны должны соответсвовать следущим критериям: быть устойчивыми к колееобразованию; обеспечивать высокие сцепные качества покрытия автомобильной дороги и предотвращать аквапланирование.
Для оценки возможности эффективного применения в IV д.к.з. в качестве слоя износа дренирующих асфальтобетонных смесей взамен щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей были проведены экспериментальные исследования и осуществлен сравнительный анализ их эксплуатационных свойств.
Методология. В настоящей статье представлены результаты экспериментальных исследований щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМА-10 по ГОСТ 31015-2002 и дренирующей асфальтобетонной смеси ДА-10 по СТО АВТОДОР 2.15-2016 [7, 8].
Для подбора составов асфальтобетонных смесей использовались щебень фракции 5-10мм, песок из отсевов дробления, активированный минеральный порошок, стабилизирующая добавка СД-39 [2] и полимерно-модифицированный битум марки ПМБ 50/70 68-20 [1]. Содержание модифицированного вяжущего в ЩМА-10 составляло 6,5 %, а в ДА-10 – 5,0 %. Все исходные компоненты смесей соответствовали требованиям действующей нормативно-технической документации. Кривые гранулометрического состава представлены на рис. 1.
Рис. 1. Кривые гранулометрического состава минеральной части дренирующего и
щебеночно-мастичного асфальтобетона.
Определение показателей физико-механических и эксплуатационных свойств исследуемых асфальтобетонных смесей осуществлялось в соответствии с требованиями действующей нормативно-технической документацией.
Основная часть. Дренирующий асфальтобетон – это пористый материал, применяемый в качестве покрытия автомобильных дорог поверх плотного асфальтобетона и обеспечивающий быстрый отвод воды с поверхности дороги. Покрытия из дренирующего асфальтобетона предназначены для увеличения безопасности на дорогах, но помимо высоких сцепных характеристик они обладают и рядом других преимуществ. Высокая пористость обеспечивает водопроницаемость, что уменьшает количество поверхностной воды и, таким образом, уменьшает образование брызг при дождливой погоде. Это ведет к снижению риска аквапланирования и увеличению видимости на дорогах, а в конечном итоге – к повышению уровня безопасности дорог.
В рамках экспериментальных исследований были выполнены испытания по определению ряда показателей физико-механических свойств асфальтобетонов на соответствие как требований ГОСТ 31015-2002, так и СТО АВТОДОР 2.15-2016. Результаты испытания представлены в табл. 1.
Из анализа полученных результатов испытаний можно сделать вывод о том, что дренирующий асфальтобетон по прочностным показателям физико-механических свойств соответствует требованиям ГОСТ 31015, но при этом у ЩМА-10 фактические значения данных показателей выше.
Таблица 1
Показатели физико-механических свойств исследуемых асфальтобетонов
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Ед. изм. |
Требования |
Фактические значения
|
||
|
по ГОСТ 31015-2002 |
по СТОАВТОДОР 2.15-2016 |
ЩМА-10 |
ДА-10 |
|||
|
1 |
Остаточная пористость |
% |
2,0–4,5 |
12,0–16,0 |
2,24 |
13,6 |
|
2 |
Плотность |
гр/см3 |
– |
– |
2,41 |
2,36 |
|
3 |
Предел прочности при сжатии при температурах, не менее: 20 оС 50 оС |
МПа
|
2,5 0,7 |
– – |
4,2 1,1 |
3,3 0,9 |
|
6 |
Коэффициент морозостойкости, не менее |
– |
– |
0,85 |
0,97 |
0,88 |
|
7 |
Скорость фильтрации, не менее |
см/сек |
– |
0,50 |
0,15 |
1,21 |
Важно отметить, что для предотвращения аквапланирования асфальтобетон должен обладать фильтрационной способностью, т.е. беспрепятственно отводить воду с поверхности слоя износа через поры. При анализе по данному показателю ЩМА-10 выявлено, что его фильтрационная способность существенно ниже требований, а, следовательно, такой асфальтобетон будет обладать меньшим коэффициентом сцепления колеса с покрытием в дождливую погоду. Благодаря высокой пористости дренирующего асфальтобетона слои износа, устроенные с их применением, снижают на 10–15 дБ уровень шума, возникающего при взаимодействии шины с покрытием, относительно щебеночно-мастичных асфальтобетонов.
На рис. 2 представлены образцы-плиты из щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-10 и дренирующего асфальтобетона ДА-10 при определении их фильтрационной способности на приборе «ПФДА» [6].
а) ШМА-10, б) ДА-10
Рис. 2. Отвод воды с покрытия автомобильной дороги
Слой износа – это верхний слой дорожного покрытия, задача которого обеспечение необходимого сцепления автотранспорта с дорогой и защита основных слоев дорожного покрытия от транспортной нагрузки и погодно-климатических факторов.
С целью определению срока службы слоя износа по устойчивости к пластическому колееобразованию были приготовлены образцы-плиты на секторном уплотнителе, иметирующем процесс уплотнения асфальтобетонной смеси кактками в производственных условиях [9].
Образцы-плиты выдерживались сутки при комнатных условиях в воздушной среде, а непосредственно перед началом испытания термостатировались в климатической камере при температуре (60 ± 1) °С в течении 4-х часов, после чего подвергались воздействию колеса при заданном количестве циклов.
Результаты испытания представлены на рис. 3 и 4.
По полученным данным, можно сделать вывод о том, что щебеночно-мастичный асфальтобетон, обладая на 10–15 % более высокими прочностными характеристиками, в 2 раза менее устойчив к возникновению пластических деформаций, чем дренирующий асфальтобетон.
При прогнозировании срока службы покрытия из дренирующего асфальтобетона по предельно допустимому значению колееобразования (2 см) в соответствии с действующей нормативно-технической документацией, его эксплуатация возможна в течении 7 лет без образования пластических деформаций, в то время как эксплуатация покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона возможна лишь 4,5 года.
Рис. 3. График показателя «устойчивость к колееобразования» исследуемых асфальтобетонов
Рис. 4. График прогнозирования срока службы слоя износа по предельно допустимому
значению колееобразования
Определение сцепных свойств колес транспортного средства с покрытием осуществлялось инструментальным способом при помощи прибора ППК-МАДИ на опытно-экспериментальном участке, устроенном в 2017 г. в Ростовской области. Натурные измерения проводились на момент сдачи участка в эксплуатацию и через год эксплуатации.
Рис. 5. График показателя «коэффициент сцепления колеса с покрытием автомобильной дороги
По результатам анализа данных рис. 5, можно сделать вывод о том, что коэффициент сцепления колеса с покрытием из дренирующий асфальтобетона ДА-10, как на момент сдачи участка в эксплуатацию, так и черз год эксплуатации, выше на 15–18 %, чем из щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-10. Это во многом связано с тем, что толщина битумной пленки у дренирующих асфальтобетонов меньше, чем у щебеночно-мастичных асфальтобетонов
Выводы. При сравнительном анализе качественных характеристик щебеночно-мастичных и дренирующих асфальтобетонных смесей, применяемых при устройстве слоев износа, были определены физико-механические и эксплуатационные свойства асфальтобетонов.
Исследования показали, что применение дренирующего асфальтобетона в качестве слоя износа дорожной одежды повышает сцепление колес автомобиля с покрытием, снижает вероятность аквапланирования и уменьшает количество брызг от впереди движущегося транспорта, что позволит повысить безопасность дорожного движения в дождливую погоду. При этом, важно отметить и тот факт, что покрытие из дренирующего асфальтобетона более устойчиво к колееобразованию по сравнению с щебеночно-мастичным асфальтобетоном [5].
Таким образом, представленные результаты сравнительных испытаний щебеночно-мастичного и дренирующего асфальтобетонов, свидетельствуют об эффективности применения последних в качестве слоя износа дорожной одежды в IV дорожно-климатической зоне.
1. Чернов С.А., Ширяев Н.И., Майор Ю.А. Опыт применения отходов резиновой крошки в щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях / Строительство-2013: материалы Междунар. науч.-практ. конф. // Рост. гос. строит. ун-т. Ростов н/Д.: РГСУ, 2013. С. 198-200
2. Чирва.Д.В., Колев В.Г. Чернов С.А. Анализ эффективности влияния стабилизирующих и полимерных добавок на физико-механические показатели щебеночно-мастичных смесей // Автомобильные дороги. 2013. № 8 (981). С. 70-75.
3. Ширяев Н.И., Гаврилов В.А., Чернов С.А. Дренирующие асфальтобетоны для верхних слоев покрытия / Строительство - 2015: материалы Междунар. науч.-практ. конф. // Рост. гос. строит. ун-т. Ростов н/Д.: РГСУ, 2015. С. 54-57.
4. Илиополов С.К., Мардиросова И.В., Дармодехин П.О., Чернов С.А. Модифицированная щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь с дисперсно-армирющей добавкой «FORTA»// [Электронный ресурс] // НАУКО-ВЕДЕНИЕ». [Электронный ресурс]: электрон. науч. журн. 2012. № 4(13). Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/87trgsu412.pdf.
5. Чернов С.А. Ширяев Н.И., Конорева О.В., Голюбин К.Д. Эксплуатация покрытий автомобильных дорог из дренирующего ас-фальтобе-тона, Ростов н/Д.: ДГТУ, 2018. 120 с.
6. Пат. 148806 Россия, МПК G01N 15/08. - № 2014136634/28. Прибор для определения коэффициента фильтрации образцов из дре-нирующей асфальтобетонной смеси - «ПФДА» / Чернов С.А. Голюбин К.Д. Ширяев Н.И. Леконцев Е.В. Мардиросва И.В; заявл. 9.09.2014; опубл.20.12.2014 Бюл. № 35.
7. ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия». МНТСК. Москва 2002г. 21 с.
8. СТО АВТОДОР 2.15-2016 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон дренирую-щие. Технические условия». Государтсвенная копмнаия «Автодор». Москва. 2016. 18 с.
9. ПНСТ 181-2016 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Метод определения стойкости к колееобразованию прокатыванием нагруженного колеса». Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Стандартинформ. Москва. 2016. 8с
