Научно-исследовательская работа по проектированию дорог на тему Мероприятия по повышению колееустройчивости дорожных покрытий на дорогах с асфальтобетонным покрытием ( в том числе применение износостойких материалов )

ВВЕДЕНИЕ
Дорожные покрытия не могут работать бесконечно. На каком-то этапе их жизни на поверхности могут появиться признаки износа, такие как полировка, колея, фреттинг и трещины. Техническое обслуживание требуется, когда считается, что ухудшение качества влияет на стандарты обслуживания, предоставляемые пользователям дороги, а также на целостность конструкции дорожного покрытия [1-3].
Надзорные организации используют иерархический подход к оценке потребностей автомагистралей и универсальных магистральных дорог.
Обследования на уровне сети, проводимые на регулярной или рутинной основе, используются для определения продолжительности жизни дорожного покрытия, которое потенциально требует технического обслуживания. Везде, где это возможно, эти обследования проводятся с учетом грузопотока и загруженности данного участка дороги.
Требования к этому процессу изложены в Отраслевые дорожные нормы ОДН 218.046-01. Отраслевые дорожные нормы ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд [1, 4-6]. После того, как была определена длина покрытия, требующая технического обслуживания, требуется детальное исследование для определения потребности в техническом обслуживании и предоставления информации, необходимой для разработки соответствующих методов технического обслуживания. Требования к этому процессу изложены в настоящем документе. Требования и соответствующие рекомендации по сбору данных, необходимых для поддержки этого процесса, кроме вышеуказанного ОДМ изложены в СП 78.13330.2012 "СНиП 3.06.03-85" Автомобильные дороги [7,8].
Чтобы выполнить эту задачу наиболее экономически эффективным образом, необходимо использовать логическую процедуру оценки, позволяющую провести правильное поддерживающее действия в наиболее выгодное время. Это делается для обеспечения того, чтобы укрепление дорожного полотна было оправданным и имело надлежащую степень, а также для того, чтобы избежать повторного покрытия, укладываемого на конструктивно неадекватное покрытие.
Эксплуатируемые дороги, даже те, которые строились в течение очень многих лет, обычно соответствуют одному из типов гибких или жестких конструкций, описанных в СП 78.13330.2012 "СНиП 3.06.03-85" Автомобильные дороги. В этом документе описывается единый подход к сбору информации о состоянии, ее представление и оценка. Это может быть применено ко всем типам дорожного покрытия, хотя подробные процедуры могут варьироваться в зависимости от конкретного типа конструкции.
Исходя из вышесказанного, целью данной работы является исследование мероприятия по повышению колееустройчивости дорожных покрытий на дорогах с асфальтобетонным покрытием (в том числе применение износостойких материалов).
 
1. Склонность к образованию клеи при повышенных температурах
Летом асфальтовое покрытие легко колеблется под большими или направленными транспортными нагрузками. Разрушение конструкции дорожного покрытия в ранние периоды или многие дорожно-транспортные происшествия могут быть вызваны колеей дорожного покрытия, если площадь и глубина колеи выходят за пределы ограниченного диапазона. Исследования данной темы показали, что при температуре воздуха летом превышающей 30°С, температура поверхности асфальтового покрытия может достигать 50°С или более, при этом может достигаться или даже превышаться температура размягчения асфальта [9-10].
С целью предотвращения такого эффекта разработаны асфальтобетонные смеси с модификатором SBS (асфальтобетонных смесей с модификатором бутадиен-стирола), применение которых может уменьшить постоянную деформацию асфальтового покрытия за счет повышения высокотемпературной стабильности смесей, поскольку модификатор SBS может эффективно повысить температуру размягчения базового асфальта. Исследования показали, что участки дорожного покрытия с нанесенным на него 5 см модифицированной SBS смеси явно превосходит участки дороги покрытые не модифицированной смесью [10]. Динамическая стабильность асфальтобетонных смесей с модификатором SBS в три раза выше, чем у обычных асфальтобетонных смесей, максимальная температура, при которой асфальто-дорожное покрытие может выдержать нагрузку без образования критической колеи увеличение до 13% [11-12]. В данном вопросе следует оговорить наиболее эффективное содержание модификатора SBS в асфальтобетонных смесях. Наиболее простой тест на колееустойчивость - это очень простой и прямой метод оценки характеристик дорожного покрытия, поскольку он хорошо связан с колеями на асфальтовом покрытии. Испытания на постоянную деформацию образцов, полученных с помощью данного теста на колееустойчивость, сравниваются с образцами полученными уплотнением Маршалла с использованием трех различных эластомерных полимеров - модификаторов, как показано [11].
Следует отметить, что для оценки постоянной деформации асфальтобетонных смесей в лабораториях как правило используют именно вышеописанный метод [12]. На основе испытаний колееустойчивости в лаборатории, использовали образцы типоразмера номинального максимального размера - 16 мм для анализа взаимосвязи между сопротивлением колее и объемной долей модификатора SBS в случаях различных температур.
Применяемое асфальтовое связующее и модификатор SBS, марки АН-70 производства нефтеперерабатывающего завода Келамайи и нефтехимической компании Яньшань соответственно. Модифицированное связующее получали методом смачивания и смешивали в течение 10 минут с помощью высокоскоростной режущей машины при 170°С [13].
Показатели модифицированного связующего с 5% SBS соответствовали значениям:
Пенетрация при нагрузке в 25 г соответствовала 0,36мм
Индекс проникновения (PI) — 0,791
Пластичность (5 см, 5 см/мин) 42см
Температура размягчения: 66.0С
Температура вспышки: 246С
Растворимость 99,8%
Эластичное восстановление 86%
Плотность (15%) 1.028 г/см3
Испытания крупного заполнителя, мелкого заполнителя и минерального порошка проведены в соответствии с нормативными документами, значения которых составили:
Крупный заполнитель:
Значение дробления 18,3%
Значение истирания 11,8%
Относительная плотность 2,723
Коэффициент водопоглощения 0,6%0
Адгезия с асфальтовым связующим 4 класс
Прочность 6.1%
Содержание мягкого заполнителя 2,2%
Эквивалент мелкого заполнителя песка 71,4%
Мелкий заполнитель:
Прочность 9,0%
Относительная плотность 2,705
Гидрофильный коэффициент 0,65
Минеральный порошок
Содержание воды 0,27%
Индекс пластичности 3,0%
Для данного состава смеси был проведен тест Маршалла.
Далее образцы смешивали в оптимальном соотношении асфальт-заполнитель и уплотняли пластиной. Уплотнитель выбирался в соответствии с испытанием Маршалла. Размеры образца были 300×300×50 мм (три образца на параллельный контрольный тест) с различным содержанием SBS в диапазоне от 0%~8% (весовое соотношение SBS к общей смеси). Плита уплотнителя пропускалась 24 раза вперед и назад при давлении нагрузки 9кН при 155~160с. Испытания колееустойчивость проводились при 60, 65 и 70С (точность 0,5С) и 0,7 МПа (точность 0,05 МПа) для измерения динамической устойчивости (ДУ) и глубины колеи (ГК).
На высокотемпературную стабильность смесей с модификатором SBS влияют типы асфальтового связующего и градация заполнителя, типы и содержание модификатора SBS, содержание асфальта, температура и так далее. При рассмотрении всех факторов, влияющих на высокотемпературную стабильность смесей, это не только приводит к проведению многих экспериментов, но и затрудняет выделение одного фактора влияющего на смеси из общего числа факторов [14-15]. Затем типы совокупной градации, содержание модификатора SBS и температура рассматриваются индивидуально для испытаний на колееустойчивость для анализа ДУ и ГК с одним фактором в этом исследовании. Результаты исследования подробно описаны в [16]. Основным результатом являются полученные в таблице 1 величины:

Таблица 1.Оптимальное содержание асфальта с модификатором SBS