Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.5.001-2014 Методические рекомендации по контролю качества асфальтобетонов в лабораторных и производственных условиях с помощью ударного уплотнителя.
ОДМ 218.5.001-2014
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
Методические рекомендации по контролю качества асфальтобетонов в лабораторных и производственных условиях с помощью ударного уплотнителя
ОКС 93.080.20
Предисловие
1. РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Спецуправление дорожных работ" (ОАО "СУДР"), Северо-Кавказским филиалом Белгородского государственного технологического университета им.В.Г.Шухова (СКФ БГТУ им.В.Г.Шухова)
Руководитель разработки: д-р техн. наук, профессор Б.Г.Печеный
Исполнители: канд. техн. наук, доцент Е.А.Данильян, инж. Б.Ш.Асельдеров, инж. Потемкин В.Г.
2. ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства
3. ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 30.04.2014 г. N 846-р
4. ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР
5. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1. Область применения
Настоящий ОДМ устанавливает рекомендации по контролю качества асфальтобетонов в лабораторных условиях и на объекте укладки смеси с помощью ударного уплотнителя, включающие методику определения оптимальной температуры перемешивания асфальтобетонных смесей, методику приготовления асфальтобетонных образцов с помощью ударного уплотнителя, методику определения коэффициента уплотнения асфальтобетона в покрытии и методику контроля качества асфальтобетонных смесей, поступающих на объект укладки.
2. Нормативные ссылки
В настоящем ОДМ использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ZTV Asphalt-Stb 07*. "Zusatzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien fur den Ban von Verkehras flachenbefestigungen aus Asphalt". Entwurf: 13.03.2007. Ausgabe 2007.
ASTM D 6926-10. Standard Practice for Preperation of Bituminous Specimens Using Marshall Apparatus.
ASTM D 6927-06. Standard Tеst Method for Мarshall Stability and Flow of Bituminous Mixtures.
ГОСТ 9128-2009. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.
EN 12697-10:2011. Bituminous mixtures. - Test methods for hot mix asphalt - Part 10. Compatabiliti.
EN 13108-20:2006 Bituminous mixtures. - Material specifications - Part 20:Tupe testing.
EN 12697-30:2004+A1:2007(E). Bituminous mixtures. - Test methods for hot mix asphalt - Part 30: Specimen preparation by impact compactor.
EN 12697-34:2004+A1:2007(E). Bituminous mixtures. - Test methods for hot mix asphalt - Part 34: Marshall test.
ААSHTO T 245:94. Standard Method of Test for Resistance to Plastic Flow of Bituminous Mixtures.
EN 12697-35:2004. Bituminous mixtures. - Test methods for hot mix asphalt - Part 35: Laboratory mixing.
ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытания.
EN 13108-1:2006. Bituminous mixtures. - Material specifications - Part 1. Asphalt Concrete.
EN 13108-4:2006. Bituminous mixtures. - Material specifications - Part 4. Hot Rolled Asphalt.
EN 13108-5:2006. Bituminous mixtures. - Material specifications - Part 5. Stone Mastic Asphalt.
AASHTO D: РР 41-021. Standard Practice for Designing Stone Matrix Asphalt (SMA).
3. Термины и определения
В настоящем ОДМ применены следующие термины с соответствующими определениями:
1 Оптимальная температура перемешивания смеси: температура перемешивания, при которой прочность на растяжение при расколе образца при 0 °С имеет максимальное значение.
2 Стабильность по Маршаллу: максимальное усилие, достигаемое при разрушении асфальтобетонного образца при испытании на ребре в обжимном устройстве Маршалла.
3 Текучесть по Маршаллу: предельная деформация образца при испытании на ребре в обжимном устройстве Маршалла.
4 Ударный уплотнитель: устройство, позволяющее уплотнять асфальтобетонную смесь в форме периодически падающим грузом определенной массы и с определенной высоты.
4. Обоснование
Приготовление асфальтобетонных образцов для лабораторных испытаний включает нагрев отдозированных составляющих компонентов, их перемешивание и уплотнение заданной навески смеси в металлических формах. Температуры нагрева асфальтобетонных смесей при перемешивании зависят от вязкости (глубины проникания иглы) битумов, что предусмотрено в ГОСТ 9128, ГОСТ 12801, и EN 12697-35, EN 13108-1, EN 13108-4, EN 13108-5, ASTM D 6927-06 и др. Температуры перемешивания асфальтобетонных смесей на битумах с одинаковой вязкостью по зарубежным стандартам на 15-30 °С превышают температуры перемешивания, оговоренные в российских стандартах (таблица 1 и 2).
Таблица 1 - Температуры приготовления асфальтобетонных смесей по ГОСТ 12801
Наименование материалов | Температура нагрева, °С, в зависимости от показателей вяжущего | ||||||
| Глубина проникания иглы при 25 °С (пенетрация) битумов, в 0,1 мм | Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм, с | |||||
| 40-60 | 61-90 | 91-130 | 131-200 | 201-300 | 70-130 | 131-200 |
Минеральные материалы | 170-180 | 165-175 | 160-170 | 150-160 | 140-150 | 100-120 | 120-140 |
Вяжущее | 150-160 | 140-150 | 130-140 | 110-120 | 100-110 | 80-90 | 90-100 |
Смесь | 150-160 | 145-155 | 140-150 | 130-140 | 120-130 | 80-100 | 100-120 |
Примечание - При применении поверхностно-активных веществ или активированных минеральных порошков для приготовления смесей с вязкими вяжущими температуру нагрева минеральных материалов, вяжущего и смесей снижают на 10-20 °С. | |||||||
Таблица 2 - Температуры перемешивания асфальтобетонных смесей по европейским стандартам
Пенетрация битума, 0,1 мм | Температура перемешивания, °С, по европейским стандартам | ||||
| EN 12697-35 | EN 13108-1 | EN 13108-4 | EN 13108-5 | ZTV Asphalt- Stb 07 |
20/30 | 130-200 | 160-200 | - | - | - |
30/45 | 175-195 | 155-195 | 160-200 | 160-200 | 155-195 |
35/50 | 165-185 | 150-190 | 160-200 | 160-200 | - |
40/60 | 155-175 | 150-190 | 150-190 | 160-200 | - |
50/70 | 150-170 | 140-180 | 145-185 | 150-190 | 140-180 |
70/100 | 145-165 | 140-180 | 140-180 | 140-180 | 140-180 |
100/150 | 140-160 | 130-170 | 130-170 | 130-170 | - |
160/220 | 135-155 | 130-170 | - | 130-170 | 130-170 |
250-330 | 130-150 | 120-160 | - | - | - |
330/430 | 125-145 | 120-160 | - | - | - |
500/650 | 120-140 | - | - | - | - |
650/900 | 115-135 | - | - | - | - |
И в российском, и в европейских стандартах температуры перемешивания асфальтобетонных смесей связаны с вязкостью (пенетрацией) битумов, чем ниже вязкость битума (выше пенетрация), тем ниже температура перемешивания смеси. Однако, как было установлено [1, 2], на температуру перемешивания асфальтобетонных смесей значительное влияние оказывает гранулометрический и минералогический состав минеральных заполнителей.
Исследованием было установлено, что по мере повышения температуры перемешивания асфальтобетонных смесей показатели физико-механических свойств образцов, определяемые при сжатии, постоянно растут, а показатели прочности образцов, определенные на растяжение при расколе, на растяжение, на растяжение при изгибе имеют при определенных температурах перемешивания максимальное значение [1, 2]. Эти температуры перемешивания смесей, при которых достигается максимум прочностей при растяжении, изгибе или расколе, и являются оптимальными. Они располагаются выше пределов, оговоренных в ГОСТ 12801, и находятся в пределах температур перемешивания смесей, указанных в европейских стандартах (таблица 1, 2 и 3). Показатели свойств асфальтобетонов, приготовленных при оптимальных температурах перемешивания, значительно выше, чем у асфальтобетонов, приготовленных при стандартных температурах перемешивания по ГОСТ 12801 (таблица 4).
Таблица 3 - Оптимальные температуры перемешивания асфальтобетонных смесей, определенные по максимуму прочности на растяжение при расколе при 0 °С
N смеси | Заполнитель и вяжущее в смеси | Оптимальная температура перемешивания смеси, °С с гранулометрией типа | ||||
|
| "А" | "Б" | "В" | "Г" | "Д" |
1 | Дробленый гравий битум марки БНД 40/60 | 171 | 180 | 188 | 192 | 194 |
2 | то же БНД 60/90 | 164 | 174 | 180 | 184 | 189 |
3 | то же БНД 90/130 | 157 | 163 | 169 | 176 | 181 |
4 | Гранит битум марки БНД 40/60 | 154 | 161 | 166 | 170 | 174 |
5 | то же БНД 60/90 | 149 | 154 | 159 | 165 | 169 |
6 | то же БНД 90/130 | 145 | 149 | 152 | 159 | 164 |
7 | Известняк битум марки БНД 40/60 | 179 | 184 | 190 | 197 | 203 |
8 | то же БНД 60/90 | 172 | 182 | 185 | 188 | 195 |
9 | то же БНД 90/130 | 165 | 170 | 174 | 177 | 188 |
Таблица 4 - Свойства асфальтобетонов на известняке и битуме марки БНД 60/90, приготовленных при стандартных и оптимальных температурах перемешивания смеси
Тип смеси | Темпера- тура переме- шивания, °С | Содер- жание битума в смеси, % | Плот- ность, кг/м  | Водо- насы- щение, % | Набу- хание, % | Стабиль- ность по Маршаллу кг при 60 °С | Текучесть по Маршаллу мм при 60 °С | Прочность при сжатии, МПа, при температурах | Коэффициенты длительной и кратковременной водостойкости | |||
|
|
|
|
|
|
|
| 50 °С | 20 °С | 0 °С |  |  |
Мелкозернистый А | 145 | 4,5 | 2351*) 2360 | 5,4 5,3 | 0,7 0,6 | 667 | 1,6 | 1,04 1,1 | 2,0 2,2 | 11,1 11,4 | 0,77 0,8 | 0,7 0,73 |
| 175 |
| 2379 2389 | 3,4 3,2 | 0,5 0,5 | 694 | 1,1 | 1,2 1,3 | 2,6 2,7 | 12,1 12,6 | 0,87 0,91 | 0,8 0,82 |
Мелкозернистый Б | 145 | 5,2 | 2370 2380 | 6,0 6,0 | 0,3 0,25 | 656 | 2,0 | 1,2 1,3 | 2,2 2,6 | 10,3 11,0 | 0,75 0,79 | 0,71 0,77 |
| 188 |
| 2398 2401 | 4,0 3,5 | 0,22 0,18 | 678 | 1,4 | 1,59 1,7 | 2,75 3,0 | 12,3 12,7 | 0,88 0,91 | 0,81 0,84 |
Мелкозернистый В | 145 | 6,0 | 2398 2409 | 6,05 5,8 | 0,14 0,13 | 649 | 3,1 | 1,03 1,1 | 2,12 2,9 | 9,9 10,2 | 0,74 0,79 | 0,7 0,73 |
| 193 |
| 2423 2433 | 3,1 2,8 | 0,10 0,08 | 670 | 2,6 | 1,92 2,1 | 3,8 4,0 | 11,5 12,1 | 0,89 0,93 | 0,8 0,84 |
Песчаный Г | 145 | 6,3 | 2388 2397 | 2,7 2,4 | 0,05 0,04 | 602 | 3,2 | 1,2 1,4 | 2,3 3,1 | 10,0 11,1 | 0,8 0,87 | 0,73 0,75 |
| 195 |
| 2391 2402 | 2,2 2,0 | 0,02 0,02 | 630 | 2,9 | 1,82 2,0 | 2,5 2,0 | 12,0 12,4 | 0,9 0,93 | 0,89 0,90 |
Песчаный Д | 145 | 7,0 | 2398 2411 | 4,0 3,8 | 0,02 0,01 | 590 | 3,6 | 0,7 1,0 | 1,9 2,3 | 9,0 10,0 | 0,74 0,79 | 0,69 0,74 |
| 198 |
| 2405 2418 | 2,15 2,0 | 0,02 0,01 | 509 | 3,1 | 1,19 1,3 | 3,2 3,7 | 11,8 12,2 | 0,92 0,94 | 0,88 0,9 |
| ||||||||||||
*) В числителе: значения показателей, определенные на ГОСТ 12801-98, в знаменателе - на образцах Маршалла, уплотненных ударником Маршалла. | ||||||||||||
При повышении температуры вязкость битумов понижается, что способствует обволакиванию поверхности минеральных заполнителей при перемешивании асфальтобетонных смесей. Однако при повышении температуры усиливается старение битума, которое приводит к повышению его вязкости и снижению показателей трещиностойкости.
Изготовление горячих асфальтобетонных образцов по ГОСТ 12801 из смесей, содержащих до 50% щебня, осуществляют методом статического прессования при давлении 40 МПа в течение 3 мин, а из смесей, содержащих более 50% щебня, комбинированным методом: сначала вибрируют образец в форме на вибростоле в течение 3,0±0,1 мин при вертикальной нагрузке на смесь 30±5 кПа, затем форму с образцом устанавливают на плиту пресса и доуплотняют под давлением 20,0±* МПа в течение 3 мин.
По зарубежным стандартам методы приготовления лабораторных асфальтобетонных образцов принципиально отличаются от отечественных методов. В стандарте EN 12697-10 описаны три метода лабораторного уплотнения асфальтобетонных смесей: ударное уплотнение по EN 12697-30 (метод Маршалла), конусное вращательное уплотнение по EN 12697-31 и вибрационное уплотнение по EN 12697-32. На основании полученных тестов по EN 13108-20 и EN 13108-21 назначают составы и методы уплотнения асфальтобетонных смесей в зависимости от конструктивных слоев асфальтобетонных покрытий с последующим выбором соответствующей уплотняющей техники.
Уплотненные на приборе Маршалла образцы, изготовленные по EN 12697-30, AASHTO T 245:94, испытывают на стабильность по Маршаллу, текучесть, водонасыщение и др. Эти показатели наряду с другими введены в европейские и американские стандарты (EN 13108-1, EN 13108-4, EN 13108-5, AASHTO D: PP 41-021 и др.) на асфальтобетон.
Как показали результаты исследований, дробимость щебня в образцах, уплотненных периодически падающим грузом уплотнителя Маршалла, намного ниже, чем у образцов, уплотненных статическим давлением 40 МПа по ГОСТ 12801 (таблица 5). Дробимость щебня в асфальтобетонных образцах, уплотненных методом статического прессования, комбинированным методом по ГОСТ 12801 или ударным уплотнителем Маршалла по EN 12697-30, соответственно значительно снижается (таблица 5). Представленные результаты подтверждаются в работе [3].
Таблица 5 - Дробимость щебня в асфальтобетонных образцах в зависимости от метода уплотнения
Метод уплотнения асфальтобетонных образцов | Дробимость щебня, % при его содержании в смеси | ||
| 25 | 45 | 65 |
1. Сжатие на прессе при 40 МПа при достижении нагрузки |
|
|
|
в течение 10 с | 16*/14/12 | 19/16/16 | 26/22/19 |
то же 40 с | 10/10/8 | 15/12/11 | 20/16/15 |
2. Комбинированный: вибрация 3 мин и сжатие при 20 МПа 3 мин | 8/6/4 | 10/9/8 | 15/12/12 |
3. Уплотнение по Маршаллу |
|
|
|
50 ударов | 4/3/3 | 5/4/3 | 6/5/5 |
75 ударов | 5/5/5 | 6/5/5 | 7/6/6 |
| |||
*) заполнители: известняк/гранит/дробленый гравий. | |||
Таблица 6 - Физико-механические показатели асфальтобетонных образцов, заформованных и переформованных в лаборатории
Асфальтобетонные образцы с гранулометрией заполнителя | Средняя плотность, кг/м образцов | Прочность при сжатии при 20 °С, МПа образцов | ||
| заформо- ванных | переформо- ванных | заформо- ванных | переформо- ванных |
Тип А | 2380*) 2410 | 2426 2430 | 4,6 5,0 | 6,0 6,0 |
Тип Б | 2390 2420 | 2432 2438 | 4,9 5,2 | 7,1 7,3 |
Тип В | 2396 2424 | 2440 2446 | 5,3 5,8 | 7,9 8,0 |
Тип Г | 2408 2429 | 2450 2453 | 5,5 6,1 | 8,3 8,8 |
Тип Д | 2416 2437 | 2458 2462 | 6,2 7,0 | 9,4 9,4 |
| ||||
*) в числителе: показатели заформованных и переформованных образцов по ГОСТ 12801-98, в знаменателе: показатели заформованных и переформованных образцов ударным уплотнителем Маршалла. | ||||
Результаты испытаний асфальтобетонных образцов, отформованных в лаборатории и потом этих же переформованных образцов, показали (таблица 6), что у переформованных образцов показатели средней плотности и прочности значительно выше.
Таким образом, определение коэффициента уплотнения асфальтобетона в покрытиях по ГОСТ 12801 не может служить характеристикой этого важнейшего показателя.
5. Методика определения оптимальных температур перемешивания асфальтобетонных смесей
Сущность метода заключается в определении температуры перемешивания асфальтобетонной смеси в лабораторном смесителе, при которой асфальтобетонные образцы имеют максимальное значение прочности на растяжение при расколе, определяемой при 0 °С при скорости движения плиты пресса 50±1 мм/мин по п.16 ГОСТ 12801.
Асфальтобетонную смесь в количестве 3 кг перемешивают при одной из заданных температур в интервале от 125 до 200 °С в лабораторном смесителе (например, в смесителе СУДР-2, рисунок 1) в течение 1,5 мин.
Рисунок 1 - Лабораторный смеситель СУДР-2
1 - ручки миксера, 2 - редуктор, 3 - переключатель диапазона скоростей, 4 - трубчатый фиксатор миксера, 5 - подшипник, 6 - раскосы, 7 - трубчатые насадки, 8 - штыри, 9 - крышка печи, 10 - наружная емкость печи, 11 - теплоизоляционная засыпка, 12 - внутренняя емкость печи, 13 - емкость для смеси, 14 - венчик миксера, 15 - термопара, 16 - пульт управления, 17 - крышка емкости смеси, 18 - клавиша включателя, 19 - кнопка блокировки включения
6. Методика по приготовлению асфальтобетонных образцов с помощью ударного уплотнителя
Уплотняющее устройство состоит из рамы со стальной опорной плитой, укрепляемой на деревянной стойке, формы с насадкой, подставки под формы, уплотняющего штампа со штангой и грузом (см. рисунок 3).
Рисунок 3 - Общий вид ручного уплотнителя Маршалла ручной с комплектом форм:
1 - деревянная стойка, 2 - подставка под форму, 3 - форма с насадкой, 4 - уплотняющий штамп со штангой и грузом
Раму укрепляют на деревянной стойке, установленной на бетонном основании. Деревянная стойка и рама должны быть установлены в строго вертикальном положении, а опорная плита - в строго горизонтальном. Перед изготовлением образцов форму с насадкой, подставку и уплотняющий штамп (со снятой штангой) нагревают до 90-100 °С и собирают на опорной плите. На дно формы помещают круг фильтровальной бумаги диаметром 10 см и загружают в форму небольшими порциями предварительно взвешенную и нагретую асфальтобетонную смесь, равномерно распределяя ее штыкованием. Поверхности смеси придают слегка выпуклую форму и устанавливают на нее нагретый штамп, предварительно навинченный на штангу с грузом. Уплотняют смесь периодически падающим с высоты 45 см грузом массой 4,55 кгс для образцов асфальтобетонов, применяемых в покрытиях со средней интенсивностью движения 50 ударами, и 75 ударами для образцов - с интенсивным движением. Затем форму переворачивают, насадку укрепляют с другого конца формы и уплотняют смесь еще 50 или 75 ударами по другой стороне. После этого форму насаживают на полый стальной цилиндр с внутренним диаметром 105 мм и образец осторожно выдавливают из формы с помощью уплотняющего штампа.
Размеры образцов: диаметр 101,5 мм, высота 63,5±1,0 мм ±1,0, ориентировочное количество асфальтобетонной смеси, требующееся на один образец при испытании, составляет 1100-1200 г.
В процессе изготовления образцов количество смеси уточняют в зависимости от ее уплотняемости и средней плотности входящих в ее состав материалов.
Образцы из асфальтобетонных смесей испытывают не ранее чем через 12 часов.
7. Методика определения коэффициента уплотнения асфальтобетона в покрытии
Сущность метода заключается в определении отношения средней плотности вырубок (кернов), взятых на контролируемых участках покрытия, к средней плотности вырубок (кернов), взятых из покрытия эталонного участка, устроенного по утвержденным действующим нормативам и технологическому регламенту (коэффициента уплотнения).
Образцы-вырубки (керны) отбирают и подготавливают к испытанию по п.4.2. ГОСТ 12801 и испытывают по разделу 7 ГОСТ 12801.
8. Методика контроля качества асфальтобетонных смесей, поступающих на объект укладки
Сущность методики контроля качества и однородности асфальтобетонных смесей, поступающих на объект укладки, заключается в сравнении средней плотности образцов, приготовленных с помощью ручного ударного уплотнителя Маршалла из асфальтобетонных смесей, поступивших для укладки в эталонный участок покрытия, и средней плотности образцов, приготовленных из смесей, поступающих для укладки в контролируемые участки.
Нагрев формы с насадкой, подставки под форму и уплотняющего штампа уплотнителя Маршалла до температуры 90-100 °С осуществляют при погружении их в горячую асфальтобетонную смесь или на песчаной бане газовой горелкой.
Отбор проб асфальтобетонных смесей, поступивших на объект, производят из кузовов автомобилей согласно п.4.1 ГОСТ 12801-98.
Таким образом, методика позволяет контролировать качество асфальтобетонной смеси, поступившей на объект, а также качество укладки и уплотнения асфальтобетона в покрытии.
Ручной ударный уплотнитель может использоваться для приготовления образцов по Маршаллу в лаборатории и их испытание по зарубежным стандартам с последующим определением соответствия показателей качества асфальтобетонов зарубежным нормативам, представленным в EN и ASTM.
Библиография
1. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. - М.: Химия. - 1990. - 256 с.
2. Печеный Б.Г., Данильян Е.А. Оптимизация технологии приготовления асфальтобетонных смесей. Дорожная техника. - 2012. - С.57-59.
3. Костельов М.П. Зачем уплотнять асфальтобетон выше нормы. Дорожная техника. - 2005, N 5. - С.24-30.
Организация-разработчик: Открытое акционерное общество "Спецуправление дорожных работ" (ОАО "СУДР") | ||
Директор ОАО "СУДР" | Ф.Г.Мирзаев | |
Соисполнитель: Северо-Кавказский филиал Белгородского государственного технологического университета им.В.Г.Шухова (СКФ БГТУ им.В.Г.Шухова) | ||
Директор СКФ БГТУ им. В.Г.Шухова | В.Л.Курбатов | |
Руководитель разработки: д-р техн. наук, профессор | Б.Г.Печеный | |
Исполнители: | канд. техн. наук, доцент Е.А.Данильян | |
| инж. Б.Ш.Асельдеров | |
| инж. В.Г.Потемкин | |