Superpave5

В 1970-х годах, увидев вращательный уплотнитель (гиратор) в Техасе во время визита в США в 1959 году, французское национальное дорожное агентство, тогда известное как Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), разработало метод смешанного проектирования, основанный на вращательном уплотнителе (гираторе), который они разработали. В методе LCPC существует ряд допустимых расчетных воздушных пустот, но проекты обычно выполняются при 5 процентах. Уплотнение на дороге рассчитано на 95% максимальной плотности (5% на месте воздушных пустот).
19 февраля 2020

Источник: "Asphalt magazine" http://asphaltmagazine.com/superpave5/

Superpave корни и LCPC

Метод создания смесей Superpave построен на вращательном уплотнителе (гираторе). Происхождение этого устройства уходит корнями к вращательному уплотнителю из Техаса, но также включает французские исследования по разработке гиратора LCPC. Учитывая связь как с уплотнителями, так и с объемным анализом, Superpave может уходит корнями более чем на 100 лет назад к методу Ричардсона, который был разработан в конце 1890-х годов.

Во время Программы стратегических исследований автомагистралей, с помощью которых была разработана методология Superpave, обсуждалась настройка Superpave аналогично LCPC, то есть проектировать в пределах до 5 процентов и уплотнять до 5 процентов. Тем не менее, было решено, что для простоты реализации Superpave нужно следовать образцу метода Маршалла, насколько это возможно, и идея была отложена.

Перенесемся в начало 2010-х годов. Почему мы продолжаем жить в тени метода проектирования Маршалла? Теоретически, должна быть возможность адаптировать французскую концепцию 5% проектирование и 5% уплотнение к Superpave. Если смеси Superpave могут быть уплотнены до 5-процентных воздушных пустот, это поможет снизить старение вяжущего, и, при правильном применении, дорожное покрытие должно прослужить дольше без дополнительных затрат. Насколько это экономически выгодно?

Первый из трех экспериментальных участков был построен в 2013 году, и через пять лет разница в эффективности была достаточно значительной, и в 2018 году INDOT заключила контракт с 12 проектами Superpave5.

Что такое Superpave5?

При проектировании Superpave5 использует содержание пустот 5% вместо текущего требования Superpave 4%. Чтобы поддерживать минимальный уровень содержания вяжущего, VMA (пустоты в минеральном заполнителе) увеличиваются на 1 процент от текущих значений, содержащихся в AASHTO M323.

Спецификации для агрегатных свойств (целостность поверхности, кубовидность/лещадность материала и т.д.) остаются прежними, но необходимо изменить градацию и усилие по уплотнению при проектировании в лаборатории (Ndesign).

Распространенным мифом является то, что усилие при уплотнении (Ndesign) изменят содержание вяжущего, но данные не подтверждают это. Три смеси, разработанные с разными вращениями, имеют одинаковое содержание вяжущего, потому что в каждом из них одинаковые VMA и воздушных пустот. Ndesign (Проектирование) действительно влияет на сопротивление колееобразованию.  Смесь с количеством вращений гиратора 125 имеет более высокую жесткость и примерно на 40% большую устойчивость к коррозии/ сдвигу/ пластике, чем смесь с вращением 75.

Плотность также влияет на устойчивость к колеообразованию. Смесь с 75 вращениями, уплотненная до 5 процентов воздушных пустот, имеет большее сопротивление колейности, чем смесь со 125 вращениями, уплотненная до 7 процентов воздушных пустот.

На этапе исследования Superpave5 было определено, насколько должны быть уменьшены расчетные вращения гиратора, чтобы обеспечить уплотнение в конструктивном слое до 5 процентов пустот и гарантировать, что сопротивление колейности не уменьшится. Ответ? Пятьдесят вращений для всего проектного трафика, превышающего приложение трех миллионов ESAL, и тридцать вращений для проектного трафика, составляющего менее трех миллионов.

Таким образом, суть сопротивления колейности Superpave5 заключается в том, что 50 вращений для конструктивного слоя, уплотненного до 5-процентных воздушных пустот, даст такое же или немного большее сопротивление колейности, чем смесь из 100 вращений Superpave4, уплотненная до 7-процентных воздушных пустот.

Перспектива Superpave5 состоит в том, что в результате получаются асфальтобетонные смеси, которые имеют, по крайней мере, такое же количество содержания асфальтового вяжущего, которые уплотняются до 5-процентных воздушных пустот в конструктивном слое и имеют, по крайней мере, такое же количество сопротивления колейности. Но можно ли их построить? Медленнее ли они изнашиваются?

Они могут быть построены! В Индиане было построено три экспериментальных участка, по одному в 2013, 2014 и 2016 годах. Средняя плотность для стандартных смесей Superpave4 составила 92,5 %, 91,8 % и 93,3 % соответственно (при содержании воздушных пустот 7,5 %, 8,2 % и 6,7 %). Для смесей Superpave5 средняя плотность составляла 95,9 %, 94,7 % и 95,5 % (при содержании воздушных пустот 4,1 %, 5,3 % и 4,5 %). В каждом из трех участков, уплотняющая техника и интенсивность движения транспортного потока как на участках с Superpave5, так и на участках с Superpave4 идентичны. Лабораторные исследования основывались на выравнивании количества уплотнения (вращения уплотнителя) в реальных условиях для смесей Superpave5, и экспериментальные проекты использовались для подтверждения того, что более высокая плотность может быть достигнута при том же уплотнении в реальных условиях на объекте.

Показатели непосредственно при производстве работ на объекте

Первая пробная часть была построена в 2013 году. Мониторинг был проведен через пять лет после строительства в 2018 году. В испытательном проекте 2013 года было задействовано 13 400 AADT и 19% большегрузных автомобилей. Проектом было предусмотрено фрезерование и замена двух слоев покрытия из горячего асфальтобетона (HMA). Superpave5 укладывался в верхнем слое покрытия. Экспериментальный участок Superpave5 имеет длину 2,2 мили (3,54 км) в южном направлении. Смежную 2,2-мильную длину в северном направлении использовали для сравнения Superpave4. Верхний слой/слой износа представлял собой смесь с номинальным максимальным размером каменного материала 9,5 мм. Образцы-керны были взяты между полос наката в трех местах на участке Superpave4 и в трех местах Superpave5.

Водонасыщение (воздушные пустоты) образцов-кернов определялись в лаборатории, связь между водонасыщением и воздушными пустотами в конструктивном слое является типичной. Когда пустоты в конструктивном слое чуть выше 7%, водонасыщение быстро увеличивается. Обратите внимание, что распределение воздушных пустот на месте для кернов Superpave4 (от 5,5 до 9,0 процента) перекрывается с распределением Superpave5 (от 3,0 до 7,1 процента).

Первый вопрос был: «Сколько времени выдержало асфальтовое вяжущее. Изначально смеси Superpave5 и Superpave4 изготавливались с применением вяжущего PG70-22 с 20,2 % содержанием повторного асфальтобетона (RAP) . (Как примечание, сегодня применение RAPограничено 3%. В 2013 году спецификации допускали до 7 % RAP).

В рамках диагностики 2018 года асфальтовое вяжущее было извлечено с каждого участка. Среднее значение для трех образцов Superpave4 составило PG 100,0-16,2. Для трех образцов Superpave5 среднее значение составило PG 94,0-21,0. Асфальтовое вяжущее по отношению к исходному на участке Superpave5 было на 6 ° C меньше, чем верхнее значение марки, и на 4,8 ° C меньше, чем нижнее значение соответственно.

В последние несколько лет выявлен новый параметр вяжущего, который характеризует растрескивание из-за климатических условий. ΔTc, представляет собой разницу критических температур, когда низкотемпературная жесткость S и ползучесть m достигают своих предельных значений. При значениях ΔTc равных или превышающих -3 асфальтобетонное покрытие (вяжущее) считается устойчивым к растрескиванию (трещинообразованию). Если ΔTc находится в диапазоне -3…-5, то существует риск растрескивания (трещинообразования), а при значениях меньших -5 полагают, что покрытие (вяжущее) подвержено растрескиванию (трещинообразованию). Среднее значение ΔTc, определенное для Superpave5, составило -3,6, а для Superpave4: -8,3.

Сведения о состоянии дорожного покрытия собирали с помощью мобильной диагностической лаборатории. Были накоплены данные по трещинам, колееобразованию и ровности (IRI). Разница между продольной ровностью обеих секций оказалась незначительной: покрытие в обоих случаях характеризуется хорошей оценкой при IRI 53 и 47 дюймов на милю. Отражающее низкотемпературное растрескивание (трещинообразование) произошло в обеих секциях, 341 и 299 футов на 100-футовую секцию. Средняя глубина колеи составила 0,14 дюйма для Superpave5 и 0,13 дюйма для Superapve4, что обе, в основном, одинаково.

Основным отличием экспериментальных участков являлось поверхностное растрескивание (сетка трещин). Секция Superpave4 покрыта обширными блоками сетки трещин размером от 12 до 18 дюймов. В Superpave5 они практически отсутствует. Это наблюдение согласуется со значением ΔTc вяжущего. На фото изображены секции Superpave4 с левой стороны и Superpave5 с правой стороны. С левой стороны четко наблюдаются блоки сетки трещин между низкотемпературными поперечными трещинами (секция Superpave4.) С правой стороны сетки трещин не наблюдается (секция Superpave5.)

INDOT движется вперед

Исследовательский проект задал параметры проектирования Superpave5. Самый старый из экспериментальных участков продемонстрировал преимущества данной методологии-уменьшения старения и уменьшения количества трещин. В 2018 году INDOT заключил контракт на 12 проектов, включая Superpave5, что позволило многим подрядчикам в Индиане получить опыт проектирования и применения смесей Superpave5. А в январе 2019 года INDOT внес изменения в свои стандартные спецификации, требуя проектирования всех асфальтобетонных смесей с использованием спецификаций Superpave5. Эти спецификации будут применяться ко всем проектам INDOT после сентября 2019 года.

Итак, ответ «да». Мы можем замедлить старение асфальтового вяжущего в наших смесях, чтобы уменьшить растрескивание, сохранить устойчивость к колееобразованию и сделать это без дополнительных затрат.

Из интервью Gerry Huber - Заместитель директора по исследованиям в исследовательской группе наследия в Индиане.


Перевод: Могильный К.В., Курова Е.Д., Кузин К.А.