Испытание асфальтобетонной смеси на коэффициент уплотнения в лаборатории ГОСТ. — Испытательный Центр

Главная

Статьи

Строительный контроль — Статьи

Испытание асфальтобетонной смеси для определения фактического коэффициента уплотнения

15.10.2018г.

Асфальтобетонная смесь делается на битумной основе с добавлением минеральных компонентов. Смешивание осуществляется в заданных пропорциях строго в горячем состоянии. Во время уплотнения образуется асфальтобетон – основа покрытия дорожного полотна. С учетом состава, используемых материалов, физико-механических свойств смесь бывает разных марок (табл. 1.)

Таблица 1

Марки асфальтобетонов в зависимости от видов и типов смесей

С учетом параметров вязкости и температуры смеси укладываются холодным либо горячим способом. Первый тип изготавливается из жидких связующих компонентов, может укладываться при температуре не менее +5 градусов. Для работы с горячими смесями применяют битумные нефтяные материалы, разогретые до +120 градусов. Операции планируются на весенний или осенний период.

Сфера использования асфальтобетонных слоев указана в табл. 2.

Таблица 2

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

Сроки службы, уровень прочности готового основания будет зависеть от качества уплотнения смеси, точности соблюдения технологии. Конкретно от уплотнения – финальный этап работ – во многом зависят структура и уровень качества асфальтобетонного полотна. Дорога должна спокойно выдерживать текущие нагрузки и не выходить из строя раньше заявленного срока. Без соблюдения технологических требований добиться этого не выйдет. В ходе уплотнения осуществляется перегруппирование зерен на минеральной основе, крупные пустоты заполняются мелкими фракциями. Одновременно выравнивается вяжущее вещество, свободный битум, воздух вытесняется, пористость слоя падает. После завершения уплотнительных работ дорожные одежды получают необходимые механические и физические параметры. Они должны стать прочными, плотными и не пропускающими влагу.

Какие методы могут использоваться

Для контроля степени, качества уплотнения асфальтобетонных дорог задействуют методы разрушающего и неразрушающего контроля. В первом случае сначала отбираются образцы (получить их можно путем вырубки), затем они раздавливаются под гидропрессом с заданным усилием. Для неразрушающего контроля задействуют радиоизотопную, ультразвуковую аппаратуру.

Рис. 1. Уплотнение асфальтобетонного слоя

Образцы для исследования берут стандартно в трех разных точках покрытия. Вырубку следует делать на удалении от 1 метра от края полотна. Если исследуются слои, уплотненные с применением горячей технологии, нужно выждать хотя бы сутки (в идеале 3 дня) после завершения уплотнения и только потом брать пробы. Когда смесь укладывалась холодным способом, этот интервал увеличивают до 2-4 недель. Если не соблюсти временные ограничения, результаты будут не корректными.

Фактические показатели уплотнения на объекте строительства не должны быть меньше рекомендованных:

• 96 для холодных смесей.
• 98 для плотного асфальтобетонного покрытия типа В.
• 99 для плотных асфальтобетонных дорог А, Б из горячих смесей.

Для расчета коэффициента Купл применяют такую формулу:

К_упл  = Рм/Рсм

где:

• РСМ – стандартные средние показатели плотности переформованных образцов;
• РМ – средние фактические показатели по плотности.

Измерения осуществляются в г/см3.

Как проводят испытания асфальтобетонных дорог

Для отбора проб делают сверление либо вырубку полотна. Применяются керны круглой или прямоугольной формы на полную толщину одежд трассы. Разделение на слои осуществляется в лабораторных условиях. За участок применяют прямоугольники 50 на 50 см. Напоминаем, что удаление от края не должно быть меньше 1 м, такой же интервал оставляют от оси по центру.

Число, размеры проб зависят от фракций зерен и необходимого для осуществления контроля количества. Диаметры кернов, минимальная масса для вырубки:

• 70 мм диаметр, 2 кг масса – мелкозернистые смеси;
• 50 мм и 1 кг – песчаные смеси;
• 6 кг и 100 мм – крупнозернистые.

Когда образцы будут взяты, из них вырезается (или вырубается) три пробы с цельной структурой. Важно исключить наличие трещин. Форма должна быть близкой прямоугольному параллелепипеду либо кубу, длина сторон 50-100 мм. Каждую пробу нужно испытывать целиком, при необходимости делается рубка или распил.

Рис. 2. Внешний вид керноотборника

Следующий этап – просушивание образцов до приобретения ими постоянной массы. Процедура должна занимать хотя бы час, температура – в пределах 50 градусов. После следует этап охлаждения, он занимает не меньше получаса. Массу взвешивают и рассчитывают плотность с применением формулы:

Р=m/V

• в которой m – масса образца в граммах;
• V – объемы в кубометрах.

Рис. 3. Внешний вид переформованных образцов

Чтобы узнать массу, нужно выполнить взвешивание, объем – рассчитать и перемножить геометрические размеры образца (высота, ширина, длина). В случаях, когда форма образца неправильная, объем определяют с применением технологии гидростатического расчета массы. Смысл в расчете объемов жидкости, которая была вытеснена, за счет погружения образца в нее.

Когда будет вычислена плотность набора образцов, берут средний маркер – показатель для трех проб при условии разницы в пределах 0.03 г на кубический см. Если диапазон шире, придется выполнить повторные исследования для получения среднеарифметического показателя по шести образцам.

Материалы, прошедшие исследования, остатки кернов задействуют в изготовлении переформированных изделий. Они нужны для расчета стандартных параметров плотности смеси. Керны либо вырубки прогревают на песчаной бане, либо в термошкафу до достижения нормативных температур. После делается измельчение – удобно использовать ложку либо шпатель. Полученный материал распределяют по форме равномерно, уплотняют с применением пресса, вкладыша. Образец достают из формы, измеряют его высоту.

Таблица 3

Определение температуры нагрева асфальтобетонной смеси

Когда полученные результаты не отвечают нормативным значениям, массу смеси рассчитывают с применением формулы:

M1 = M0*H/H0

в которой:

• Н – номинальная высота анализируемого образца;
• Н0 – высота пробы;
• М0 – масса заготовки.

Таблица 4

Ориентировочное количество смеси на один образец

Если есть дефекты кромки, отсутствуют горизонтальные параллельные основания, образец отбраковывают. Полученные из горячих смесей образцы, минимум на 50% состоящие из щебня, уплотняют вибрацией, после подвергают обработке под прессом.

Формы предварительно нагревают до 90 градусов (можно выше) и заполняют подготовленной смесью (она должна быть тщательно измельчена). Форму размещают на виброплощадке, закрепляют. Вкладыши должны выступать примерно на 20 мм. Сверху размещают подготовленный груз.

Виброплощадка приводится в действие, среднее время вибрирования – 3 минуты. После форму снимают с площадки, размещают под прессом для проведения дополнительного уплотнения. Рекомендованные нагрузки для воздействия – 30 Мпа, время – 3 минуты.

Рис. 4. Уплотнение смеси на прессе

Когда эти операции будут завершены, осуществляют взвешивание для расчета объема образца по рассмотренной выше методике. После делают калькуляции средних параметров плотности – для этого массу делят на объем. Останется рассчитать Купл (уплотнительный коэффициент), разделив фактическую плотность на стандартную. Полученные результаты сравнивают с нормативными параметрами, подготавливают заключение по степени уплотнения асфальтобетонного полотна.

Когда итоговые результаты ниже нормативных, анализируются причины недостаточного уплотнения. Они могут быть в низкой температуре смеси, малом числе проходов для катка, низкой массе, других объективных факторах.

Варианты исследования грунта

Асфальтобетон

Уплотнение грунта

Коэффициент уплотнения асфальта и асфальтобетона

Мы часто видим выбоины, трещины и ямы на дорожном покрытии. Это может быть связано как с естественным износом, так и с неправильным составом смеси и неточным расчетом коэффициента уплотнения асфальта при укладке.

Качество будущего дорожного покрытия зависит от очень многих факторов. Необходимо подобрать оптимальный состав смеси в соответствии с назначением сооружения, рассчитать коэффициент уплотнения асфальта и грунта, подготовить площадку, настроить оборудование и так далее. Также важную роль играют погодные условия во время проведения работ.

Коэффициент уплотнения (КУ) асфальта — показатель, который будет индивидуален в каждом конкретном случае. Получить значение можно только в лабораторных условиях.

Как рассчитывается КУ?

Для определения коэффициента необходимо знать:

• Среднюю плотность смеси;
• Максимальную плотность.

Для начала берется опытный образец асфальтобетонной смеси и рассчитывается его средняя плотность. Как мы помним из школьной программы, плотность это отношения массы к объёму, то есть рассчитать довольно просто. Для получения максимальной плотности смесь нагревают и формируют. Последним этапом является простое математическое действие: среднюю плотность делят на максимальную, получая коэффициент уплотнения асфальтобетона.

Состав смеси для дорожного покрытия

На самом деле, асфальт и асфальтобетон (АБ) это разные вещи. Точнее, асфальтобетон — это смесь различных инертных веществ. Другими словами, это укрепленный асфальт. Так как отличается состав, будет отличаться и способ укладки.

Основой асфальта является битум. В зависимости от назначения будущего сооружения (это может быть не только дорога или тротуар), в битум в различном процентном соотношении добавляют гравий и песок. Это стандартный состав. Сам асфальт в чистом виде напоминает смолу и в таком виде непригоден для строительства.

АБ является более искусственным материалом, в его состав может входить гравий, щебень, песок и так далее. Сфера применения асфальтобетона гораздо шире.

И уже становится понятнее, что коэффициент уплотнения асфальта и асфальтобетона будут отличаться.  

В целом, асфальтобетон состоит из трёх основных компонентов:

• Вяжущего;
• Каменного;
• Минерального.

В качестве вяжущего компонента стандартно используют битум (раньше применялся деготь, но от его использования отказались). К каменному относятся гравий, песок, щебень и так далее. При чем, важно не только количество в смеси, но и размер, форма. В качестве третьего компонента выступают минеральные порошки (зачастую из отходов цементных предприятий). Проще говоря, это пыль, которая заполняет пространство между крупными частицами состава.

Также в смесь могут добавляться различные вспомогательные компоненты для укрепления и повышения износостойкости.

Коэффициент уплотнения крупнозернистого и мелкозернистого асфальта также разнятся.

Оборудование для уплотнения асфальта и грунта

Очевидно, что чем больше плотность смеси на этапе укладки, тем меньше дорожное полотно деформируется при эксплуатации. Сейчас выбор оборудования для уплотнения асфальта и грунта широк и позволяет подобрать агрегат для конкретного вида работ.
Максимально эффективными можно назвать машины с вибрационным принципом укладки. Такие машины оказывают воздействие как своей массой, так и вибрациями, что значительно сокращает время работы и повышает качество.
Агрегаты мирового бренда Atlas Copco представлены широким ассортиментом виброкатков, виброплит и трамбовок.

Вибрационное оборудование является компактным и маневренным и показывает высокий уровень производительности.

При точном расчете коэффициента уплотнения асфальта и правильном выборе технике, сооружение прослужит долгие годы.

Подробнее об оборудовании для трамбовки асфальта читайте в статье.

Тротуар 101: Уплотнение | Инженерно-технические консультанты

Существует множество факторов, которые следует учитывать и соблюдать при укладке новой горячей асфальтобетонной смеси (HMA) как при строительстве новых, так и при реконструкции. Одним из таких факторов является УПЛОТНЕНИЕ нового асфальта. Уплотнение – это процесс уменьшения объема материала путем сжатия. При укладке асфальта это достигается за счет типов катков, количества катков, схемы прокатки и температуры укладки материала.

Надлежащее уплотнение горячей асфальтобетонной смеси приведет к уменьшению толщины материала примерно на 25% (1/4 дюйма на 1 дюйм). Рекомендуется, чтобы толщина дорожного покрытия была конкретно указана в толщине финишного уплотнения, а не «укладывайте X-количество дюймов асфальта».

Преимущества правильно уплотненного горячего асфальтобетона заключаются в следующем.

• Соединение частиц асфальта вместе для уменьшения воздушных пустот, известное как уплотнение, для снижения проницаемости
• Повышенная прочность
• Долговечность материала
• Создание гладкой и однородной поверхности

Плотномер для проверки готовых дорожных покрытий на предмет надлежащего уплотнения.

Уплотнение покрытия достигается с помощью механических вибрационных катков. Катки перемещаются по дорожному покрытию при самой высокой температуре, обычно от 240°F до 290°F, для уплотнения или укрепления дорожного покрытия. Удерживая катки дорожного покрытия в надлежащей схеме или зоне качения, можно обеспечить целевые требования к плотности уплотнения. Часто требуются катки разного размера в зависимости от толщины дорожного покрытия для достижения желаемого уровня уплотнения. При укладке асфальта также важно использовать поперечный каток, чтобы поддерживать однородность поверхности, особенно при

Мощение парковок и проездов. Идеальный диапазон уплотнения обычно составляет от 92% до 98% от теоретической плотности.

При укладке дорожного покрытия существует несколько методов испытания асфальтового покрытия на уплотнение. Наиболее распространенным методом является датчик ядерной плотности. Датчик измеряет уплотнение при укладке дорожного покрытия. Таким образом, техник может сказать оператору катка, требуется ли дополнительное уплотнение. После того, как дорожное покрытие уложено, также можно взять образцы керна с лабораторным анализом, чтобы подтвердить уровни уплотнения. Рекомендуется провести испытания готового покрытия, чтобы убедиться, что материалы уложены в соответствии со спецификациями и отраслевыми стандартами.

Существует ряд проблем, которые могут возникнуть, если не будет достигнуто надлежащее уплотнение.

• Чрезмерное уплотнение может привести к расслоению покрытия и его разрушению. Это может привести к преждевременному растрескиванию и разрушению.
• Недостаточное уплотнение может привести к растрескиванию покрытия. Это когда асфальтовая смесь начинает разделяться, а компоненты заполнителя отделяются от смеси. Это может привести к ослаблению покрытия, что приводит к преждевременному износу покрытия и общему сокращению ожидаемого срока службы.

После укладки дорожного покрытия исправление неправильного уплотнения очень сложно и дорого. В большинстве случаев покрытие необходимо демонтировать и заменить.

Целью уплотнения горячей асфальтобетонной смеси является получение гладкого, структурно прочного, прочного и долговечного асфальтового покрытия. Если вопросы остаются, обратитесь к профессиональному консультанту по дорожному покрытию.

Автор: Рон Брукман

Консультант по дорожному покрытию, Engineering & Technical Consultants, Inc. 

410-312-4761

[email protected]

Факторы, влияющие на уплотнение асфальта — журнал Asphalt

Джеймс А. Шерокман, P.E. и Дуайт Уокер, ЧП.

Уплотнение – это процесс уплотнения или уменьшения объема массы материала. Большинство специалистов-практиков считают, что достижение надлежащего уплотнения имеет решающее значение для характеристик асфальтового покрытия. Для асфальтовых смесей уплотнение связывает частицы заполнителя, покрытые асфальтом, для достижения стабильности и обеспечения устойчивости к деформации (или колееобразованию), одновременно снижая проницаемость смеси и повышая ее долговечность.

На уплотняемость асфальтобетонных смесей влияет множество факторов. К числу этих факторов относятся свойства асфальтобетонной смеси, тип и плотность материала нижнего слоя основания, толщина слоев асфальта и условия окружающей среды во время укладки. Если какой-либо из этих факторов изменится, это напрямую повлияет на окончательный модуль, жесткость или прочность смеси. Кроме того, на конечную уплотняемость смеси влияют тип катков, количество катков и схема прокатки, используемая в процессе уплотнения.

Асфальтовая смесь и дорожное покрытие Переменные
В настоящее время в Северной Америке используется широкий спектр асфальтобетонных смесей. Среди этих типов смесей есть смеси с плотным гранулометрическим составом, смеси с открытым гранулометрическим составом и асфальтобетонные смеси с каменной матрицей (SMA). В области плотных смесей некоторые из смесей являются мелкозернистыми смесями, некоторые — крупнозернистыми смесями, а некоторые — очень плотно (равномерно) градуированными смесями. Некоторые из смесей с открытым гранулометрическим составом используются для слоев фрикционного слоя, а некоторые используются в качестве проницаемого слоя базового слоя. Смеси SMA, которые обычно имеют очень плотный гранулометрический состав, как правило, имеют значительно отличающуюся градацию, чем обычные асфальтобетонные смеси плотной градации, и включают повышенное количество минерального наполнителя как часть градации. Асфальтовые смеси с зазором также используются некоторыми агентствами.

В настоящее время также используется множество типов и марок асфальтовых вяжущих материалов. Некоторые из этих вяжущих по-прежнему классифицируются с использованием системы проникновения, некоторые по-прежнему классифицируются по вязкости (AC), в то время как большинство из них соответствуют по крайней мере некоторым критериям асфальтового вяжущего с классом эффективности (PG). Кроме того, некоторые битумные вяжущие модифицированы полимером с использованием материалов эластомерного или пластомерного типа. Асфальтовые каучуковые вяжущие также используются в некоторых асфальтовых смесях. Каждый из этих типов и марок материалов асфальтового вяжущего будет влиять на степень жесткости, получаемую в асфальтовой смеси, как во время строительства, так и на протяжении всего процесса уплотнения.

Эффективное содержание асфальтового вяжущего в асфальтовой смеси также влияет на удобоукладываемость и уплотняемость. По мере увеличения содержания битумного вяжущего толщина пленки на частицах заполнителя увеличивается. При температурах уплотнения эта увеличенная толщина пленки усиливает смазывающий эффект битумного вяжущего и до определенного момента облегчает уплотнение смеси.

Совокупные влияния
В настоящее время в Северной Америке используется большое разнообразие типов заполнителей. Некоторые из этих материалов являются осадочными, некоторые изверженными, а некоторые имеют ледниковое происхождение (гравий). Кроме того, абсорбция, прочность, угловатость, текстура поверхности и степень плоскостности и/или удлиненности частиц влияют на свойства различных заполнителей и, следовательно, на свойства асфальтовой смеси, в которую они включены. В частности, количество измельченных крупных и мелких заполнителей в смеси оказывает прямое влияние на жесткость и уплотняемость получаемой смеси.

Требования к объемным характеристикам
Требования к объемным характеристикам различных асфальтобетонных смесей сильно различаются. Во многих юрисдикциях требования к пустотам в минеральном заполнителе (VMA), пустотам, заполненным асфальтом (VFA), и требованиям к содержанию воздушных пустот (AV) включены как часть спецификаций на смесь. В некоторых местах методы проектирования смесей Hveem все еще популярны, и, как правило, методы расчета смесей Hveem не требуют расчета значений VMA или VFA смеси. Хорошо известно, что объем асфальтобетонной смеси напрямую влияет на характеристики смеси при движении транспорта. Объемные параметры, однако, также очень сильно влияют на жесткость смеси во время операции уплотнения и на способность подрядчика достичь желаемого уровня уплотнения.

Воздействие на окружающую среду
Условия окружающей среды во время укладки смеси могут напрямую влиять на степень уплотнения, влияя на время, необходимое для уплотнения смеси — скорость охлаждения смеси. Температура воздуха, базовая температура, скорость ветра и солнечный поток или облачный покров (в незначительной степени) определяют скорость охлаждения смеси и способность подрядчика получить желаемый уровень плотности асфальтобетонной смеси. Условия окружающей среды различны для каждого проекта и будут влиять на уровень плотности, получаемый при каждом проходе уплотняющего оборудования.

Состояние основания
Влияние типа и состояния основания также является фактором, влияющим на уровень жесткости или уплотнения нового слоя асфальта. Требуемое усилие уплотнения частично зависит от того, укладывается ли новый слой асфальта поверх грунта земляного полотна, слоя заполнителя, слоя асфальта холодной смеси, слоя асфальтобетонного покрытия с трещинами, нового слоя асфальтобетона или слой дорожного покрытия из бетона на портландцементе. Кроме того, толщина укладываемого слоя асфальта также является фактором, который необходимо учитывать при попытке уплотнения смеси. Более тонкие слои асфальта остывают быстрее, чем более толстые.

Толщина слоя и размер частиц
Как правило, толстые слои асфальтобетонной смеси легче уплотняются, чем тонкие слои. Чем толще подъем, тем дольше сохраняется тепло, и, следовательно, больше времени для прокатки.

Как правило, для более мелких и плотных градуированных смесей (тех, которые находятся выше линии максимальной плотности на диаграмме 0,45), минимальная толщина подъема должна в три раза превышать номинальный максимальный размер заполнителя. Аналогичным образом, для крупнозернистой смеси (на графике ниже линии максимальной плотности) толщина подъема должна быть как минимум в четыре раза больше номинального максимального размера заполнителя. Эти рекомендации обеспечивают достаточную толщину подъема для того, чтобы частицы заполнителя переориентировались и упаковались вместе в процессе уплотнения.

Температура смеси
Было сказано, что тремя наиболее важными факторами, влияющими на способность подрядчика достичь желаемого уровня плотности асфальтобетонной смеси, являются, в порядке важности, температура, температура и температура.

Асфальтовые смеси можно разделить на две основные категории в отношении устойчивости к уплотнению. Некоторые смеси жесткие и их трудно уплотнить. Некоторые смеси нежны и чрезмерно подвижны под действием стальных вальцов. Нежные смеси обычно трескаются или трескаются в «зоне средней температуры». Вместо того, чтобы набирать плотность при укатке смеси в зоне средних температур, плотность часто теряется, когда смесь движется перед стальными колесами на двухвальцовом вибрационном катке или неподвижном катке со стальными колесами.

Рисунок валков, используемый для уплотнения жесткой смеси, обычно значительно отличается от рисунка валков, используемого для уплотнения нежной смеси. Из-за трех температурных зон, обычно встречающихся при уплотнении нежной смеси, жесткость смеси при определенной температуре может вообще не зависеть от конечной плотности смеси.

Температура асфальтовой смеси постоянно меняется в процессе прокатки. Скорость остывания смеси связана с рядом факторов, таких как толщина уплотняемого слоя, температура смеси в момент ее выдавливания из-под стяжки на асфальтоукладчик, свойства асфальтобетонной смеси ( плотные или открытые), а также условия окружающей среды, такие как температура воздуха и скорость ветра.

Температура, при которой производится асфальтобетонная смесь, влияет как на легкость уплотнения, так и на время, необходимое для уплотнения. Время, необходимое для уплотнения, увеличивается с температурой смеси, но существуют ограничения относительно того, насколько высокой может быть рабочая температура, чтобы избежать повреждения асфальтового вяжущего.

Постоянно меняющаяся температура смеси является основным фактором, из-за которого прогнозирование конечной плотности смеси после завершения прокатки настолько трудно поддается оценке во время самого процесса прокатки.

Целью уплотнения асфальтобетонной смеси является получение гладкого, стабильного и прочного асфальтового покрытия.