Суперпейв (Superpave технология) — объемный метод проектирования асфальтобетонного покрытия

В России на дорогах с повышенной интенсивностью активно внедряется комплексная технология изготовления асфальтобетона Superpave – новейшая система проектирования состава смеси, заимствованная у американских коллег. Технология направлена на создание асфальтобетонных покрытий более устойчивых к растрескиванию из-за низких температур, стойких к деформации и усталостному разрушению.

Основной особенностью метода является прогнозирование состояния дорожного покрытия (глубины колеи, усталостных трещин и низкотемпературных сеток) во времени с учетом влияния внешних факторов данного региона (температуры, влажности), перспективой интенсивности движения. Поэтому первым шагом в процессе проектирования смеси является сбор информации об окружающей среде и ожидаемые трафиковые нагрузки.

superpaveСодержание статьи:

Superpave переводится с английского, как Superior Performance Pavements (дорожное покрытие с превосходными характеристиками).

В 1980-1990 годах в Америке самыми популярными считались методы Маршалла (Bruce Marshall) и метод Хвима (Francis Hveem). Более 50 лет с некоторыми изменениями они использовались при обустройстве дорог в разных штатах.

Традиционные методы Маршалла и Хвима направлены на предотвращение образования колейности, но совершенно не затрагивают проблему образования усталостного растрескивания, низкотемпературного трещинообразования, морозоустойчивости покрытий.

В конце 80-х пришло понимание, что в реалиях настоящего времени (интенсивность движения увеличилась в десятки раз) устаревшим методам нужна замена.

Метод объемного проектирования Суперпейв разрабатывался членами специально созданной американской дорожной исследовательской программы SHRP (Strategic Highway Research Program) с целью увеличения срока службы и повышения эксплуатационных характеристик дорожных одежд,  мостовых сооружений. Основные положения методологии были разработаны в США в 1987-1993 гг с привлечением ведущих мировых специалистов в этой области.

Изначально объемное проектирование состояло из 3 уровней. Первый уровень включает в себя несколько этапов:

  • Оценка качества по стандартам AASHTO 1, ASTM 2; подбор зернового состава и битума.
  • Приготовление пробных замесов с различным содержанием битума.
  • Уплотнение образцов на гираторе (вращательном уплотнителе), вместо используемого ранее пресса (по методу Маршалла).
  • Измерение свойств уплотненных образцов (максимальная плотность, объемная плотность, количество воздушных пустот).
  • Определение пористости и влагонасыщения.
На втором и третьем уровне добавляются испытания на трещиностойкость и сдвигоустойчивость соответственно. Эти уровни не получили дальнейшей практической реализации в дорожных службах Америки.

Подбор вяжущей компоненты

Традиционные системы подбора состава базировались на эмпирических параметрах вяжущих (глубина проникновения иглы, температура размягчения, растяжимость и прочие), зависящих от окружающей среды или конструкции оборудования для исследований. Моделирование по Superpave ориентировано на физико-механические (фундаментальные) характеристики вяжущей компоненты, связанные с химическим и физическим строением битума. Таковыми являются — модуль сдвига, функция релаксации, плотность (масса единицы объема), динамическая вязкость при нулевой скорости деформации.

Главными критериями при назначении марок битумов в системе Суперпейв стал выбор битума или полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) с учетом районирования местности (экстремальных температур данного географического района), интенсивности прогнозируемых динамических нагрузок при использовании дороги или шоссе, реологических свойствах вяжущей компоненты (вязкость, модуль упругости, модуль деформации).

Все перечисленные виды испытаний проводят специалисты в лаборатории «И.Д.К», это позволяет подрядчику определить использование только необходимых и лучших материалов для данного региона.

 
Для классификации была разработана специальная шкала PG Grade, позволяющая сделать выбор на основе анализа двух температур, соответствующих минимальной и максимальной к расчетным температурам асфальтобетона в рассматриваемом регионе строительства. Марка подбирается на основании соответствия показателей температур, при учете эквивалентной одноосной нагрузки и интенсивности движения транспортного потока, верхнее значение марки битума увеличивается с шагом 6о°C.

Оборудование для анализа вяжущих по Superpave:

  • Прибор для определения температуры вспышки (соблюдение необходимых условий пожарной безопасности).
  • Ротационный вискозиметр Брукфилда (оценка вязкости исходного битума, температуры приготовления смеси и ее уплотнения).
  • Вращающаяся тонкопленочная печь (получение состаренных образцов, установление относительной потери массы после кратковременного старения).
  • Аппарат для старения вяжущего под давлением (имитация длительного старения).
  • Реометр для испытания образцов балочек на изгиб — при низких температурах дальнейшей эксплуатации (измерение прогиба образца для расчета жесткости вяжущего и скорости ползучести). При умеренных и высоких температурах дальнейшей эксплуатации — динамический сдвиговой.
  • Прибор для испытания на растяжение (определение продольного относительного удлинения и прочности вяжущего при низких температурах, для нахождения критической минусовой температуры).



Подбор каменного материала

Большинство характеристик щебня, используемого по методу Суперпейв, аналогичны ГОСТ 8269.0-97 и 32703-2014. Основное отличие в использовании щебней узких фракций, что позволяет осуществить более плотную утрамбовку покрытия. На этом этапе изготавливают не менее трех комбинаций зернового состава.


Оборудование для подбора зернового состава:

  • Комплект сит с квадратными ячейками — для номинального размера фракций щебня.
  • Вискозиметр «Брукфильда» — для оптимальных температур приготовления и уплотнения смеси.
  • Гиратор – для уплотнения асфальтобетонных образцов.
  • Вакуумный пикнометр – для максимальной плотности смеси.
  • Испытательная машина – для испытания на водостойкость.
  • Роликовый компактор и колееметр – для определения устойчивости к колееобразованию путем прокатывания нагруженного колеса.


Объемное проектирование асфальтобетонных смесей

Следующая стадия – поиск идеальной комбинации и определение процентного содержания битума, каменного материала, минерального порошка. Для каждого из вариантов намечают предварительную рабочую формулу смеси.

Формируется несколько образцов с различной степенью уплотнения, механические свойства которых проверяются с использованием пресса вращательного уплотнения. После проведения испытаний на гираторе, из нескольких пробных составов выбирается один, наиболее соответствующий необходимым характеристикам.

По окончании этапа проектирования состава смеси, ее проверяют  на водостойкость, морозостойкость и наличие вредных примесей (комки глины, частицы дерева, угля).

На основе анализа полученных данных делается вывод об оптимальном составе а\б смеси. При необходимости проектировщиком в разработанную формулу вносятся коррективы и проводится повторное исследование образцов.

Ценностью точного подбора содержания битума и параметров гранул щебня  является получение высокощебенистых каркасных смесей более стойких к колееобразованию и истираемости. Готовое полотно будет идеально пригодно к эксплуатации на конкретном участке автодороги с учетом транспортной нагрузки и существующих климатических условий в данном регионе.


Ознакомьтесь с кратким порядком разработки формулы асфальтобетонной смеси на основании введенного в 2019 году государственного стандарта:
  • Отбор щебня, песка и минерального порошка, с предварительным определением качества согласно ГОСТ.
  • Смешивание минеральных частей щебеночно мастичной смеси так, чтобы зерновой состав удовлетворял требованиям Р 58401.2-2019 (таблица 3).
  • После штыкования — определение содержания пустот в крупном заполнителе.
  • Подбор минимального количества вяжущего.
  • Подготовка однородной смеси из заполнителей и нагретого вяжущего. Установка в сушильный шкаф и выдерживание при температуре уплотнения.
  • Определение максимальной плотности состава.
  • Уплотнение образцов (не менее 3-х) при помощи вращательного уплотнителя.
  • Определение объемной плотности каждого приготовленного образца.
  • Подбор оптимального зернового состава минеральной части смеси.
  • Подбор оптимального состава количества вяжущего, из не менее з-х вариантов щебеночно-мастичных смесей с различным количеством битума на ранее определенном оптимальном зерновом составе минеральной части.
  • Определение физико-механических и эксплуатационных характеристик.
По итогам проводят оформление результатов проектирования в виде рецепта асфальтобетонной смеси с указанием: наименования организации, даты проведения испытаний, типа смеси, данных о транспортной нагрузке в точке строительства, марки вяжущего, оптимального зернового состава, оптимального содержания вяжущего и стабилизирующих добавок, коэффициента водостойкости, значения стекания вяжущего, а при необходимости (данных о стойкости к пластическим деформациям, низкотемпературные свойства смеси, усталостные характеристики смеси.

Использование регенерированных покрытий РАП

Дополнительной важной особенностью является возможность подбирать составы, используя местные материалы и переработанные асфальтобетонные покрытия РАП. Это позволяет заказчику принимать решение о возможности сэкономить за счет использования ресайклинга или местного песка, щебеня.

Опыт применения асфальтобетона Суперпейв в отечественном дорожном строительстве

Американский метод с 2017 года с успехом применяется в России при строительстве автодорог. Новая трасса федерального значения Таврида в Крыму стала первой дорогой, построенной с применением «суперасфальта».

Подход к разработке смесей по технологии SuperPave в обширных погодно-климатических регионах РФ дает возможность увеличить долговечность дорожного полотна до 12 лет.  Дорожные одежды разработанные по рационально подобранному составу с применением современного лабораторного оборудования получаются стойкими к абразивному износу, остаточной деформации и механическим повреждениям. Это без сомнения является огромным плюсом в использовании технологии. Из минусов необходимо отметить высокую стоимость асфальтобетона Суперпейв – 7-9 тыс.рублей за тонну.

Экономичный подбор сочетания дорожных материалов для создания долговечного дорожного покрытия будоражит умы дорожников многих стран, поэтому исследования не ограничиваются исторической родиной метода. Критерии, приборы, программное обеспечение постоянно совершенствуются, исследовательские работы в указанном направлении продолжаются; Superpave продолжает расти и развиваться как метод проектирования.

 

Дорожно-строительная лаборатория «И.Д.К.» имеет полный комплект оборудования и разрешительной документации для контроля качества рецептуры асфальта Суперпейв и технологии производства работ по укладке.
У нас действует индивидуальный подход в формировании ценовой политики!

 

Отправить заявку на расчет


  1. AASHTO – американская ассоциация государственных дорожных и транспортных чиновников. Основана в 1914 году, является органом по установлению транспортных стандартов проектирования и строительства в Соединенных Штатах.
  2. ASTM International — American Society for Testing and Materials. Международная организация добровольных стандартов материалов, продуктов и услуг. Основана в 1898 году в США.


Действующие государственные стандарты

ГОСТ Р 58401.4-2019 — Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Система объемно-функционального проектирования. Правила проектирования
ГОСТ Р 58401.2-2019 — Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Система объемно-функционального проектирования. Технические требования. Взамен ПНСТ 127-2016

Некоторые действующие стандарты, описывающие требования к исходным материалам (щебню, песку, минеральному порошку, битумному вяжущему); технические требования к асфальтобетону, запроектированному по системе Superpave.

Технадзор, инжиниринг, строительная дорожная лаборатория