Испытание асфальтобетонной смеси для определения фактического коэффициента уплотнения

Асфальтобетонная смесь — это специальная смесь битума с минеральными материалами (щебень, гравий, песок, минеральный порошок) перемешанная в горячем состоянии в определенных пропорциях.  При уплотнении образует асфальтобетон – основное покрытие современных дорог. В зависимости от физико-механических параметров и используемых материалов смесь подразделяется на следующие марки (табл. 1.)

Таблица 1

Марки асфальтобетонов в зависимости от видов и типов смесей

При укладке, в зависимости от параметров температуры и вязкости, смеси подразделяются на горячие и холодные.  В первом случае применяются дорожные нефтяные битумные материалы, нагретые до температуры от 120°С. Могут быть жидкими и вязкими. Холодные смеси изготавливаются только из жидких связующих  и могут быть уложены при температуре окружающей среды от +10°С в осенний период и от +5°С – в весенний.

Сфера использования асфальтобетонных слоев указана в табл. 2.

Таблица 2

Область применения асфальтобетонов при устройстве верхних слоёв покрытий автомобильных дорог и городских улиц

От точности соблюдения технологии укладки и уплотнения смеси зависит прочность и долговечность асфальтобетона уложенного в основания и покрытия автодорог. От уплотнения, последнего этапа создания покрытия, зависит качество структуры асфальтобетона, его возможности воспринимать заложенные в конструкцию нагрузки и эксплуатироваться в течение нормативного срока.  

При уплотнении происходит перегруппировка минеральных зерен, заполнение образованных ранее пустот мелкими зернами в области крупных. Параллельно происходит процесс выдавливания вяжущего вещества и свободного битума, вытеснение воздуха и снижение пористости слоя.  По завершению уплотнения слой дорожных одежд приобретает требуемые физико-механические показатели - плотность, прочность, стойкость к проникновению и воздействию влаги.  

Методики контроля качества асфальтобетонного покрытия

Контроль качества уплотнения асфальтобетонного слоя дорожных одежд производится с помощью неразрушающих и разрушающих методик. В первом случае применяются ультразвуковые и радиоизотопные приборы, во втором – метод взятия образцов с помощью вырубки с последующим раздавливанием под гидравлическим прессом.

Рис. 1. Уплотнение асфальтобетонного слоя

Для проведения исследований берутся образцы покрытия в трех местах на 700 кв. м. площади дороги. Вырубка производится на расстоянии не менее 1 м. от края дороги. При исследовании слоев уплотненных по горячей технологии время отбора проб должно быть в пределах 1 – 3 дней после уплотнения. При укладке холодной смеси отбор проб производится через 15 – 30 дней.

Фактический показатель уплотнения на строящемся участке не должен быть менее требуемого значения, которое составляет:

• для холодной смеси – 0,96;
• для плотного асфальтобетона типа В уплотненного из горячей смеси – 0,98;
• для плотного асфальтобетона типа А и Б уплотненного из горячей смеси – 0,99.

Коэффициент уплотнения К_упл  определяется по следующей формуле:

К_упл  = Рм/Рсм

где:

Рм – это фактический средний показатель плотности, г/см³;

Рсм – это средний стандартный показатель плотности  переформованного образца, г/см³.

Порядок проведения испытания асфальтобетона

Отбор проб производится путем вырубки или сверления для получения, соответственно, прямоугольных или круглых кернов на всю толщину дорожных одежд. Разделение слоев производится в лаборатории. Участок отбора составляет прямоугольник размером не более 500х500 мм на расстояние не менее 1000 мм от края дороги или её центральной оси.

Размер и количество проб зависит от наибольшего размера зерен  и необходимого для проведения испытания количества. Минимальная масса вырубки и диаметры кернов составляют:

• для песчаных смесей – 1 кг при диаметре – 50 мм;
• для мелкозернистых – 2 кг при диаметре 70 мм;
• для крупнозернистых – 6 кг при диаметре 100 мм.

Полученные пробы используются для получения фактического коэффициента уплотнения асфальтобетонной смеси.

После взятия образцов из них вырезается (вырубается) три пробы с целой структурой без наличия трещин. Их форма должна быть приближена к кубу или прямоугольному параллелепипеду с длиной сторон от 50 до 100 мм. Каждая проба испытывается целиком, возможна (при необходимости) распил или рубка на части.

Рис. 2. Внешний вид керноотборника

Следующим этапом идет высушивание образцов до того момента, пока их масса не станет постоянной. Для этого производится высушивание в течение не менее 60 мин. при температуре до 50°С, далее производится охлаждение в течение не менее 30 минут и взвешивание. После получения постоянной массы определяется фактическая плотность материала по физической формуле:

Р=m/V

где m – масса образца в г.;

V – объём образца в см3.

Рис. 3. Внешний вид переформованных образцов

Масса определяется взвешиванием, объём – определением и перемножением геометрических величин образца – длины, ширины и высоты. В том случае, если образец имеет неправильную форму, объём определяется по методике гидростатического взвешивания. Данный способ заключается в определении объёма вытесненной жидкости после погружения в неё образца.

После определения плотности всех образцов берётся среднее значение – среднеарифметический показатель трех проб при разнице не более 0,03 г/см3. В противном случае проводятся повторные испытания с получением среднего показателя из 6 образцов.

Прошедшие испытания образцы, оставшиеся части кернов используются для изготовления переформованных образцов. Они необходимы для определения стандартного показателя  плотности материала Рсм. Для этого:

• Вырубки или керны нагреваются в термическом шкафу или на песчаной бане до температуры указанной в табл. 3.
• Измельчаются шпателем или ложкой.
• Полученный материал равномерно распределяется по форме, затем уплотняют с помощью вкладыша и пресса. Давление пресса доводится до 40 МПа и держится в течение 5 – 10 с.
• Образец извлекается из формы и замеряется его высота.

Таблица 3

Определение температуры нагрева асфальтобетонной смеси

В том случае, если полученный результат не соответствует данным в табл. 4., то потребная масса смеси M для формования образца определяется по формуле:

M1 = M0*H/H0

где:

• Н – требуемая высота образца;
• Н0 – высота пробного образца;
• М0 – масса пробного образца.

Таблица 4

Ориентировочное количество смеси на один образец

При наличии дефектов кромок, а также при отсутствии параллельности горизонтальных оснований образец подлежит отбраковке.

Образцы из горячих смесей, в которых присутствует более половины объёма щебня, уплотняются путем вибрирования с последующим уплотнением прессом. Порядок изготовления выглядит следующим образом:

• Формы предварительно нагреваются до 90 – 100°С и наполняются измельченной смесью.
• Форма устанавливается на виброплощадку и крепится специальным приспособлением. Вкладыши при этом должны выступать на 20 – 25 мм. Сверху укладывается груз.
• Приводится в действие виброплощадка, вибрирование производится в течение 3 мин.
• Далее форма снимается с площадки и устанавливается под пресс для дополнительного уплотнения. Для этого она устанавливается под пресс и прилагается нагрузка в 20 МПа в течении 3 мин.

Рис. 4. Уплотнение смеси на прессе

Далее производится взвешивание и определение объёма образца по указанной выше методике. Затем рассчитывается показатель стандартной плотности путем деления массы на объём. Далее определяется коэффициент уплотнения К_упл  путем деления показателей фактической плотности на стандартную. Полученный результат сравнивается с нормативным и на основании этого делается заключение о степени уплотнения асфальтобетона.

В том случае, если полученный результат фактического коэффициента меньше нормативного, то производится анализ причин недостаточного уплотнения. Это может быть недостаток температуры смеси, малое количество проходов катка, недостаточная масса катка или другие факторы.

Популярные статьи

Технологии и приборы для неразрушающего исследования бетона

Испытания бетона

Методы испытания щебня и гравия