Применение переработанного асфальта в высокомодифицированных смесях

Проекты по всему миру

Работа на испытательном полигоне NCAT привлекла внимание дорожных властей и собственников объектов всего мира.

Асфальтовое покрытие на основе высокомодифицированного битума HiMA наиболее загруженной зоны (зона загрузки/выгрузки и вывоза контейнеров) порта Нейпир, Новая Зеландия было уложено в 2010 г.

На конец 2013 г отмечалось минимальное колееобразование и отсутствие трещин в покрытии. Множественные проекты региональных магистралей в штатах Сан Пауло и Парана в Бразилии включали асфальты на основе высокомодифицированных вяжущих. На данный момент все объекты в хорошем состоянии.

Другие проекты по применению смесей на основе высокомодифицированного битума находятся в Австралии, Италии, Турции и Катаре.

Рис.1.Старое покрытие зоны погрузки/выгрузки и вывоза контейнеров порта Нейпир, Новая Зеландия. Нагрузка составляет до 110 тонн на ось.

Применение переработанного асфальта в высокомодифицированных смесях

Исходная смесь на основе высокомодифицированного битума HiMA, содержащая 35% переработанного асфальта, была уложена в секторе S5 испытательного дорожного полигона NCAT в 2012 г. Этот сектор, направленный на изучение покрытия с высоким содержанием повторно переработанного асфальта, является частью зеленой группы и был перестроен в 2013 г по причине низкого сцепления между нижним и средним слоями. В переделанном покрытии применялась более тяжелая связующая подгрунтовка, но не было внесено каких-либо существенных изменений в исходный дизайн смеси на основе модифицированного битума HiMA.

Усталостные характеристики брусков, изготовленных из произведенных на заводе смесей (HiMA и контрольной), содержащих 35% переработанного асфальта, определялись в лабораторных условиях в соответствии с AASHTO T321-07. Исходная смесь HiMA производилась по технологии теплого асфальта Evotherm, тогда как исходная контрольная смесь содержала вяжущее PG 67- 22 и производилась вспениванием битума с его последующим впрыскиванием в камеру переработки отфрезерованного асфальта. Для каждой из смесей испытывались по три образца при следующих уровнях микродеформации: 200, 400 и 800. Согласно AASHTO T321, разрушение бруска определяется как число циклов, при котором его исходная жесткость снижается на 50%.


На рис. 2 показана зависимость количества циклов до разрушения от уровня деформации для обеих смесей, содержащих 35% переработанного асфальта. При микродеформациях равных 800, время устойчивости к усталостным нагрузкам было практически одинаковым для обеих смесей. При снижении уровня деформации смесь на основе высокомодифицированного битума HiMA показала значительно большую устойчивость к усталостному воздействию, чем контрольная смесь. При уровне микродеформаций равном 200, количество циклов до разрушения для смеси HiMA было более, чем в 400 раз больше чем для контрольной смеси. Согласно методологии, предложенной в отчете NCHRP №646, предел усталостной сопротивляемости смеси HiMA был определен как 211 микродеформаций, что является двойным пределом усталостной сопротивляемости контрольной смеси.

Рис.2. Результаты определения усталостной выносливости брусков, изготовленных из контрольной (вспененный битум) и HiMA смесей, содержащих 35% переработанного асфальта.

Деламинация слоев асфальтового покрытия

Важным фактором, определяющим срок службы многослойного дорожного покрытия, является прочная связь между слоями. Когда грузовик движется по дорожному полотну, горизонтальные силы между шинами и поверхностью покрытия создают сдвиговые напряжения на внутренней поверхности между слоями покрытия. Если созданное напряжение сдвига превысит прочность связи внутренних поверхностей, может произойти расслаивание или деламинация покрытия. В областях расслоения структура покрытия больше не выступает как единое целое. Таким образом, места возникновения критической деформации растяжения более вероятны в областях деламинации, чем в нижней части асфальтового покрытия, что приводит к преждевременному разрушению.

К сожалению, плохое сцепление между слоями асфальта сложно визуально идентифицировать до момента, пока не будет приложена поверхностная нагрузка. Потеря связи между верхними слоями покрытия в основном часто проявляется как разрушение покрытия при пробуксовке.

Эти трещины в форме полумесяца распространены в зонах покрытия, где транспортное движение ускоряется, замедляется или поворачивает, вызывая высокие напряжения сдвига. Потеря связи между нижними слоями покрытия приводит к быстрому усталостному разрушению, т.к. покрытие уже не является единым целым. Эти разрушения покрытия требуют дорогостоящего ремонта, в том числе на полную глубину покрытия или его полную реконструкцию.

Пристальный взгляд на ухудшение сцепления между слоями

Потеря сцепления между слоями происходила в экспериментальных секторах при ускоренных испытаниях покрытий, что давало возможность исследователям более глубоко изучить это явление. Результаты наблюдений для изученных случаев представлены ниже.

Недавнее разрушение сектора S5 испытательного дорожного полигона

Исходя из определенных уровней деформации и результатов лабораторных измерений усталости бруска, NCAT ожидал хорошие результаты для покрытия сектора S5 с высоким (35%) содержанием переработанного асфальтового покрытия, построенного в 2012 г. Тем не менее, этот сектор со смесью на основе 35% переработанного старого покрытия и высокомодифицированного битума (HiMA), был первым сектором в зеленой группе, который потрескался. Независимая экспертиза показала, что механизм разрушения представлял собой деламинацию между нижним и средним слоями, вызывая развитие трещин вверх от низа среднего слоя с 50% переработанного асфальта через верхний слой ЩМА с 25% переработанного старого покрытия. В силу ослабления структуры покрытия, нижний слой также потрескался.

Рис. 3. Деламинация верхнего слоя покрытия.

«Мы предполагали деламинацию и мы произвели обработку липким покрытием с расходом 0,05 галлона на квадратный ярд» сказал доктор Базз Пауэлл, помощник директора NCAT и управляющий испытательного полигона. Тем не менее, визуальный контроль разрушенных областей показал, что средний слой адсорбировал с внутренней поверхности компоненты грунтовки, повышающие липкость. Проблема усугубилась тем, что обе смеси для нижнего и среднего слоев были твердыми, с очень cлабым взаимным сцеплением.

Пауэлл: «Мы провели небольшое лабораторное изучение, используя реальные заводские смеси для этих слоев и обнаружили, что для того, чтобы оптимизировать прочность сцепления слоев, необходимый расход реагента должен быть увеличен вдвое до 0,10 галлона на квадратный ярд.

Публикация является компилированным переводом двух статей журнала «Новости битумных технологий», выпускаемого Национальным Центром Битумных Технологий.

Материалы предоставлены компанией Telko

Санкт-Петербург +7 812 602 2420
Москва +7 499 3 467 467

www.telko.com/ru