ПАРОПРОНИЦАЕМЫЙ СЛОЙ, УМЕНЬШАЮЩИЙ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ
CRACK FORMATION REDUCING VAPOUR-PERMEABLE LAYER

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
Предлагаемое изобретение относится к асфальтобетонной смеси для применения в составе дорожного покрытия. Более конкретно, асфальтобетонная смесь по предлагаемому изобретению служит основой для слоя дорожного покрытия, обладающего повышенной паропроницаемостью при сохранении практической непроницаемости для влаги и повышенной стойкостью к рефлексивному трещинообразованию.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Когда дорожное покрытие деградирует, на него в целях ремонта может быть нанесен поверхностный слой из горячей асфальтобетонной смеси. При проектировании такого поверхностного слоя следует принимать во внимание скорость распространения трещин по поверхностному слою, скорость ухудшения состояния поверхностного слоя из-за рефлексивного трещинообразования, а также количество воды, просачивающейся сквозь трещины. Одним из недостатков такого относительно тонкого поверхностного слоя из горячей асфальтобетонной смеси является то, что в нем находят отражение трещины, наличествующие в старом дорожном покрытии (т.е. имеет место рефлексивное трещинообразование). Одним из средств борьбы с этим рефлексивным трещинообразованием является применение более толстого поверхностного слоя. Еще один недостаток известных поверхностных слоев из горячей асфальтобетонной смеси состоит в том, что они влагопроницаемы, т.е. пропускают воду, которая проникает до основания. Еще один недостаток таких поверхностных слоев состоит в том, что они обычно имеют низкую стойкость по отношению к механическим напряжениям и низкую сопротивляемость по отношению к рефлексивному трещинообразованию.
Для минимизации риска термического и рефлексивного трещинообразования могут быть приготовлены битуминозные вяжущие материалы, проявляющие способность к релаксации деформаций ползучести или релаксации напряжений при низких температурах. Недостатком таких битуминозных вяжущих материалов является то, что они обладают высокой текучестью, поэтому дорожное покрытие, полученное с их использованием, склонно к образованию колей.
Могут быть приготовлены также битуминозные вяжущие материалы с высоким значением модуля сдвига, которые способны противостоять колееобразованию при высоких температурах. Недостатком таких битуминозных вяжущих материалов является то, что они склонны к хладноломкости при низких температурах, поэтому дорожное покрытие, полученное с их использованием, склонно к трещинообразованию. Типичные битуминозные вяжущие материалы, приготовляемые для использования в дорожном покрытии, обычно или имеют высокое значение модуля сдвига при высоких температурах, или проявляют высокую вязкость при низких температурах, но никогда не вместе то и другое.
Для борьбы с рефлексивным трещинообразованием в реконструированном дорожном покрытии применяют и другие меры, в частности, использование поглощающих напряжений мембранных прослоек (SAMI - аббревиатура от stress-absorbing membrane interlayer - поглощающая напряжения мембранная прослойка), простилание дорожного полотна решетками или тканью перед нанесением горячей асфальтобетонной смеси, дробление и приработка дорожного покрытия, заваливание дорожного покрытия и его реконструкция. Некоторые возможные недостатки этих технологий состоят в том, что они могут быть непомерно дорогостоящими, неэффективными, создавать трудности при рециклировании материала дорожного покрытия или создавать трудности при реконструкции дорожного полотна. Еще один недостаток этих технологий состоит в том, что если дорога не реконструирована, то проблема трещинообразования может остаться нерешенной.
Для решения некоторых из вышеозначенных проблем делались попытки создания прослоек, способных к релаксации напряжений при поддержании устойчивости. Один из примеров такой прослойки описан в патенте США №6830408, который включен в настоящую заявку во всей полноте. Такая прослойка имеет компонент-заполнитель с высоким содержанием мелкой фракции. А именно 6-14% компонента-заполнителя, используемого в такой прослойке, проходит сквозь сито №200 (по американскому стандарту ASTM диаметр отверстия такого сита составляет 0,074 мм), и все 100% проходят сквозь сито диаметром 9,5 мм. Хотя такая прослойка непроницаема для воды, благодаря чему предотвращается опасность проникновения воды и скопления ее ниже прослойки, однако ей присущ тот недостаток, что она практически непроницаема для паров. Когда такая прослойка уложена поверх основания из портландцементного бетона или другого подобного материала, возникает риск создания под этой прослойкой ловушки для паров. При изменении погодных условий в таком случае возникает необходимость в дренировании влаги, скопившейся на основании из портландцементного бетона. Прослойка начинает вспучиваться. Это влечет за собой вспучивание более верхних слоев дорожного покрытия. Авторами предлагаемого изобретения было экспериментальным путем установлено, что преобладающим компонентом паров, вызывающих это вспучивание, является водяной пар.
Для преодоления этих недостатков требуется асфальтобетонная смесь, способная образовывать слой, остающийся практически непроницаемым для влаги и сохраняющий способность замедлять рефлексивное трещинообразование, при этом проявляя высокую паропроницаемость. Эта асфальтобетонная смесь должна быть пригодна для использования в различных слоях дорожного покрытия, включая слои основания, промежуточные слои (прослойки) и поверхностные слои.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Целью предлагаемого изобретения является создание асфальтобетонной смеси для дорожного покрытия, которая была бы усталостнопрочной, способной замедлять рефлексивное трещинообразование и обладающей высокой паропроницаемостью, так чтобы обеспечивалось предотвращение вспучивания дорожного полотна из-за скопившихся подспудных паров.
2
Вышеуказанная цель предлагаемого изобретения, а также другие цели достигаются созданием асфальтобетонной смеси, которая может использоваться при получении паропроницаемого слоя дорожного покрытия. Эта асфальтобетонная смесь имеет желаемую паропроницаемость с одновременным обеспечением хорошей усталостной прочности. Асфальтобетонная смесь включает материал-заполнитель и битуминозный вяжущий материал. Размер частиц упомянутого материала-заполнителя должен выбираться таким образом, чтобы не более приблизительно 5% по массе, а предпочтительно не более 3,5% по массе материала-заполнителя проходило сквозь сито с диаметром отверстий 75 мкм (сито №200). Для уменьшения риска вспучивания дорожного покрытия во время и после его нанесения асфальтобетонная смесь должна иметь величину воздухопроницаемости (К) менее 8 см.
Еще одним аспектом предлагаемого изобретения является способ проектирования асфальтобетонной смеси, предназначаемой для использования в паропроницаемом слое дорожного покрытия. Процесс такого проектирования включает стадию приготовления одного или более испытуемых образцов асфальтобетонной смеси с желаемым содержанием воздушных пузырьков, стадию измерения эксплуатационных характеристик этих испытуемых образцов с применением, например, таких испытаний эксплуатационных характеристик, как (перечень неограничивающий) испытание на проницаемость, испытание на сопротивление усталости, испытание на содержание воздушных пузырьков, или же с применением комбинаций таких испытаний, а также стадию выбора, на основании определенных эксплуатационных характеристик испытуемых образцов, желаемой асфальтобетонной смеси для слоя дорожного паропроницаемого покрытия.
Другие аспекты предлагаемого изобретения, а также его преимущества и новые признаки будут частично описаны далее явным образом, а частично станут понятны специалисту соответствующего профиля из прочитанного или же станут ясны из практического использования предлагаемого изобретения. Эти цели и преимущества предлагаемого изобретения могут быть достигнуты и реализованы посредством признаков и комбинаций признаков, изложенных в формуле изобретения.
Подробное описание предлагаемого изобретения
Предложен способ проектирования слоя дорожного покрытия, являющегося одновременно усталостнопрочным и паропроницаемым. Более конкретно, слой должен быть относительно непроницаемым для воды и относительно проницаемым для паров.
Предусматривается способ выбора асфальтобетонной смеси для создания слоя дорожного покрытия. Этот способ включает следующие стадии: приготовление одного или более испытуемых образцов асфальтобетонной смеси, проведение различных испытаний эксплуатационных характеристик этих испытуемых образцов, а также стадию выбора, на основании определенных эксплуатационных характеристик испытуемых образцов, асфальтобетонной смеси, имеющей желаемые свойства, для получения слоя дорожного покрытия, являющегося паропроницаемым. Выбранная асфальтобетонная смесь должна удовлетворять определенным критериям, кроме того, определенным критериям должен удовлетворять материал-заполнитель, выбираемый для использования в составе выбранной асфальтобетонной смеси.
Материал-заполнитель, выбранный для включения в состав асфальтобетонной смеси, подвергаемой отбору по эксплуатационным характеристикам, должен содержать не более чем приблизительно 5% по массе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм (сито №200). Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, было не более чем приблизительно 4,5% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, было не более чем приблизительно 4% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, было не более чем приблизительно 3,5% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм (сито №100), было не более чем приблизительно 7% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, было не более чем приблизительно 6% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, было не более чем приблизительно 5% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 600 мкм (сито №830), было больше чем приблизительно 25% по массе, а содержание частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 1,18 мм (сито №16), было больше чем приблизительно 45% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм (сито №8), было больше чем приблизительно 70% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, было больше чем приблизительно 80% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, было больше чем приблизительно 85% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 9,5 мм, было по меньшей мере приблизительно 90% по массе. И практически весь материал-заполнитель должен проходить сквозь сито с диаметром отверстий 12,5 мм. Этот материал-заполнитель может содержать частицы минерального (но не только) происхождения, например песок, камешки и/или известняк, эти частицы могут быть получены раздроблением и могут быть обкатанными.
С использованием подобранного материала-заполнителя может быть создана одна или более асфальтобетонных смесей. Битуминозный вяжущий материал, используемый для приготовления асфальтобетонной смеси, должен обеспечивать хорошую устойчивость к образованию колей и к трещинообразованию. Представляется предпочтительным использование полимерцементных или эластомерцементных вяжущих материалов. Могут быть использованы битуминозные вяжущие материалы, описанные в патенте США №6830408. Представляется предпочтительным приготовить определенное количество асфальтобетонных смесей, различающихся пропорциями фракций материала-заполнителя, природой битуминозного вяжущего материала и содержанием битуминозного вяжущего материала, так чтобы при проведении испытаний можно было наблюдать, как эти параметры сказываются на эксплуатационных характеристиках асфальтобетонной смеси.
Представляется предпочтительным, чтобы содержание битуминозного вяжущего материала в составе асфальтобетонной смеси составляло по меньшей мере приблизительно 7% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание битуминозного вяжущего материала в составе асфальтобетонной смеси составляло по меньшей мере приблизительно 8% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание битуминозного вяжущего материала в составе асфальтобетонной смеси составляло по меньшей мере приблизительно 9% по массе.
Из полученных асфальтобетонных смесей готовят испытательные образцы. Эти испытательные образцы должны иметь приблизительно то же содержание воздушных пузырьков, которое представляется желательным в проектируемом слое дорожного покрытия.
При испытаниях измеряют физические параметры образцов асфальтобетонных смесей и проводят испытания эксплуатационных характеристик. По меньшей мере на одном приготовленном образце асфальтобетонной смеси проводят испытание эксплуатационных характеристик или измеряют его физические параметры. Это испытание эксплуатационных характеристик может представлять собой испытание на сопротивление усталости или испытание на паропроницаемость. Представляется предпочтительным, чтобы для измерения сопротивления усталости выполнялось предусмотренное стандартом испытание на усталость при изгибе. Представляется предпочтительным, чтобы испытания на паропроницаемость основывались на измерениях на образце, имеющем удельное содержание воздушных пузырьков, практически равное удельному содержанию воздушных пузырьков в слое дорожного покрытия, который предстоит создать. Представляется предпочтительным, чтобы испытания на паропроницаемость проводились по стандарту испытаний на воздухопроницаемость. Представляется предпочтительным, чтобы испытания на воздухопроницаемость основывались на измерениях на образце высотой 2,5 см и диаметром 10 см. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы соблюдалась стандартная методика для испытаний проницаемости асфальтобетонных смесей, предусмотренная стандартом ASTM D 3637 (ASTM - аббревиатура от American Standard Test Methods - Американская стандартная методика испытаний), при котором измеряют скорость, с какой воздух может быть продут или всосан сквозь асфальтобетонную смесь. Физические параметры, измеренные или вычисленные, могут включать удельное содержание воздушных пузырьков, толщину битумной пленки, удельное содержание полостей, заполненных битумом, удельное содержание пустот в минеральном материале-заполнителе и отношение пыль/битум. Удельное содержание пустот в материале-заполнителе может измеряться независимо от того, является материал-заполнитель минеральным или нет. Представляется предпочтительным, чтобы отношение пыль/битум вычислялось в соответствии с волюметрической методикой расчета, описанной в разделе 9.3.6 стандарта AASHTO R 35-04 (AASHTO - аббревиатура от American Association of State Highway Transportation Officials - Американская ассоциация дорожных и транспортных должностных лиц штатов), согласно которой это отношение определяется как отношение количества пыли к эффективному количеству битуминозного вяжущего материала. Представляется предпочтительным, чтобы в отношении испытуемых образцов было измерено или вычислено более одного из вышеперечисленных физических параметров и чтобы были проведены все из вышеуказанных испытаний. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы в отношении испытуемых образцов были проведены все измерения, о которых говорилось выше, и чтобы были проведены все из вышеуказанных испытаний.
На основании результатов, полученных при испытаниях на эксплуатационные характеристики, путем измерений и путем вычислений, как это обсуждалось выше, выбирают асфальтобетонную смесь для слоя дорожного покрытия. Если в результате испытаний была выявлена желаемая асфальтобетонная смесь, то именно эта асфальтобетонная смесь может быть выбрана для создаваемого слоя дорожного покрытия. Если же испытания показали непригодность асфальтобетонной смеси, то следует внести изменения в фракционный состав материала-заполнителя, количество связующего материала и/или состав связующего материала, с тем чтобы должным образом улучшить эксплуатационные характеристики или физические параметры испытуемого образца асфальтобетонной смеси.
Материал-заполнитель и битуминозный вяжущий материал, составляющие выбранную асфальтобетонную смесь, должны находиться в такой консистенции, чтобы содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси в 100-миллиметровом испытуемом образце после 50 оборотов вращательно-сдвигового уплотнителя составляло по меньшей мере приблизительно 3%. Представляется предпочтительным, чтобы доля воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси при тех же условиях составляла по меньшей мере приблизительно 4,0%. Представляется более предпочтительным, чтобы доля воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси при тех же условиях составляла по меньшей мере приблизительно 4,5%. Представляется еще более предпочтительным, чтобы доля воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси при тех же условиях составляла по меньшей мере приблизительно 5%. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы доля воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси при тех же условиях составляла по меньшей мере приблизительно 7%.
2
2
2
2
Представляется предпочтительным, чтобы выбранная асфальтобетонная смесь имела величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 8 см. Представляется более предпочтительным, чтобы выбранная асфальтобетонная смесь имела величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 10 см. Представляется еще более предпочтительным, чтобы выбранная асфальтобетонная смесь имела величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 12 см. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы выбранная асфальтобетонная смесь имела величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 15 см.
Деформация выбранной асфальтобетонной смеси при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С должна достигать 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов. Представляется более предпочтительным, если эта же деформация выбранной асфальтобетонной смеси при тех же условиях испытаний на усталость при изгибе достигается после по меньшей мере приблизительно 35000 циклов. Представляется наиболее предпочтительным, если эта же деформация выбранной асфальтобетонной смеси при тех же условиях испытаний на усталость при изгибе достигается после по меньшей мере приблизительно 100000 циклов.
Материал-заполнитель, включенный в состав выбранной асфальтобетонной смеси, должен содержать не более чем приблизительно 5% по массе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, было не более чем приблизительно 4,5% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, было не более чем приблизительно 4% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, было не более чем приблизительно 3,5% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, было не более чем приблизительно 7% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, было не более чем приблизительно 6% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, было не более чем приблизительно 5% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 600 мкм, было больше чем приблизительно 25% по массе, а содержание частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 1,18 мм, было больше чем приблизительно 45% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, было больше чем приблизительно 70% по массе. Представляется еще более предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, было больше чем приблизительно 80% по массе. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, было больше чем приблизительно 85% по массе. Представляется предпочтительным, чтобы содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 9,5 мм, было по меньшей мере приблизительно 90% по массе. И практически весь материал-заполнитель должен проходить сквозь сито с диаметром отверстий 12,5 мм. Этот материал-заполнитель может содержать частицы минерального (но не только) происхождения, например песок, камешки и/или известняк, эти частицы могут быть получены раздроблением и могут быть обкатанными.
В выбранной асфальтобетонной смеси не более чем приблизительно 70% полостей должно быть заполнено битумом. Представляется предпочтительным, чтобы битумом было заполнено не более чем приблизительно 65% полостей в выбранной асфальтобетонной смеси. В некоторых случаях представляется предпочтительным, чтобы битумом было заполнено не более чем приблизительно 60% полостей в выбранной асфальтобетонной смеси. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы битумом было заполнено приблизительно 65% полостей в выбранной асфальтобетонной смеси.
Удельное содержание пустот в материале-заполнителе в составе выбранной асфальтобетонной смеси должно составлять по меньшей мере приблизительно 18%. Представляется предпочтительным, чтобы удельное содержание пустот в материале-заполнителе составляло по меньшей мере приблизительно 20%, и представляется наиболее предпочтительным, чтобы удельное содержание пустот в материале-заполнителе составляло по меньшей мере приблизительно 22%.
Отношение пыль/битум в выбранной асфальтобетонной смеси должно быть не более чем приблизительно 0,9. Представляется предпочтительным, чтобы отношение пыль/битум в выбранной асфальтобетонной смеси было не более чем приблизительно 0,7. Представляется наиболее предпочтительным, чтобы отношение пыль/битум в выбранной асфальтобетонной смеси было не более чем приблизительно 0,5.
Толщина битумной пленки битуминозного связующего материала в выбранной асфальтобетонной смеси должна составлять по меньшей мере приблизительно 7 мкм. Представляется предпочтительным, чтобы толщина битумной пленки составляла по меньшей мере приблизительно 8 мкм, и представляется наиболее предпочтительным, чтобы толщина битумной пленки составляла по меньшей мере приблизительно 9 мкм.
Еще одним аспектом предлагаемого изобретения является асфальтобетонная смесь, включающая материал-заполнитель и битуминозный вяжущий материал. Упомянутый материал-заполнитель должен иметь характеристики, описанные выше, а асфальтобетонная смесь должна иметь по меньшей мере некоторые из физических параметров и эксплуатационных характеристик описанной выше выбранной асфальтобетонной смеси. Представляется предпочтительным, чтобы асфальтобетонная смесь имела все физические параметры и эксплуатационные характеристики описанной выше выбранной асфальтобетонной смеси. Эта асфальтобетонная смесь пригодна для создания слоя дорожного покрытия, имеющего хорошую усталостную прочность и являющегося при этом практически водонепроницаемым, но проницаемым для паров.
Существует обратное отношение между содержанием воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси и ее усталостной прочностью. Можно сослаться на многочисленные источники, в которых говорится, что асфальтобетонные смеси с высоким содержанием воздушных пузырьков имеют низкую усталостную прочность. Кроме того, созданы асфальтобетонные смеси, обладающие высокой усталостной прочностью, но с очень низким содержанием воздушных пузырьков, а значит являющихся практически непроницаемыми для паров. До создания предлагаемого изобретения считалось, что упомянутое обратное отношение между содержанием воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси и ее усталостной прочностью является непреложным и неустранимым свойством асфальтобетонных смесей. Однако при создании предлагаемого изобретения неожиданно было установлено, что при тщательном подборе фракционного состава материала-заполнителя и количества битуминозного вяжущего материала возможно получение асфальтобетонной смеси с желаемыми характеристиками усталостной прочности и паропроницаемости.
Одним из ключевых аспектов при разработке предлагаемого изобретения явился такой параметр, как отношение пыль/битум. Типичными руководствами по разработке асфальтобетонных смесей предписывается использование отношений пыль/битум минимум 1,0 с повышением до 1,2 и даже до 2,0. Однако в предлагаемом изобретении отношение пыль/битум понижено до 0,9, 0,7, 0,5 и ниже, что неожиданно.
Асфальтобетонная смесь по предлагаемому изобретению может быть получена при тщательном соблюдении условий, касающихся создания воздушных пузырьков в структуре материала-заполнителя и при создании большого их количества с последующим заполнением большой их доли битумом. В предлагаемом изобретении важное значение для создания нужной структуры воздушных пузырьков имеют пропорции содержания частиц материала-заполнителя, проходящих сквозь сита с размером отверстия 75 мкм, 150 мкм и 2,36 мм. Решающее значение имеет также общее количество воздушных пузырьков. Слишком большое количество воздушных пузырьков ограничивает усталостную прочность, а слишком малое их количество не обеспечивает желаемой паропроницаемости.
2
2
2
2
В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 8 см и усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет большие значения указанных параметров. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 10 см и усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 35000 циклов. В еще более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 12 см и усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 100000 циклов. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 15 см. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет отношение пыль/битум не более чем приблизительно 0,9, в более предпочтительных вариантах - не более чем приблизительно 0,7, в наиболее предпочтительных вариантах - не более чем приблизительно 0,5. Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание во входящем в состав асфальтобетонной смеси материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, не более чем приблизительно 5% по массе. Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в асфальтобетонной смеси битуминозного вяжущего материала составляет по меньшей мере приблизительно 7% по массе. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в асфальтобетонной смеси битуминозного вяжущего материала составляет по меньшей мере приблизительно 8% по массе, а в наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в асфальтобетонной смеси битуминозного вяжущего материала составляет по меньшей мере приблизительно 9% по массе. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, не более чем приблизительно 5% по массе, а в более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, не более чем приблизительно 3,5% по массе. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, больше чем приблизительно 70% по массе. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, больше чем приблизительно 80% по массе. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, больше чем приблизительно 85% по массе. Толщина битумной пленки битуминозного связующего материала асфальтобетонной смеси по предлагаемому изобретению должна составлять по меньшей мере приблизительно 7 мкм, предпочтительно - по меньшей мере 8 мкм, еще более предпочтительно - по меньшей мере 9 мкм. Содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси по предлагаемому изобретению должно составлять по меньшей мере приблизительно 3%, предпочтительно - по меньшей мере 5%, наиболее предпочтительно - по меньшей мере 7%.
В другом варианте осуществления асфальтобетонной смеси по предлагаемому изобретению содержание во входящем в ее состав материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, не более чем приблизительно 5% по массе, содержание в этом материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, больше чем приблизительно 70% по массе, при этом асфальтобетонная смесь обладает усталостной прочностью, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, не более чем приблизительно 3,5% по массе, содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, не более чем приблизительно 7% по массе, содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 600 мкм, не более чем приблизительно 25% по массе, содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, больше чем приблизительно 80% по массе, и содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 9,5 мм, по меньшей мере приблизительно 90% по массе. В еще более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36 мм, больше чем приблизительно 85% по массе. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 3%, содержание битуминозного вяжущего материала составляет по меньшей мере 7% по массе, и не более чем приблизительно 70% полостей заполнено битумом. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 5%, и не более чем приблизительно 60% полостей заполнено битумом. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 7%, и не более чем приблизительно 65% полостей заполнено битумом. В этих вариантах осуществления предлагаемого изобретения в асфальтобетонной смеси отношение пыль/битум не превышает значения приблизительно 0,9, предпочтительно - не превышает значения приблизительно 0,7, наиболее предпочтительно - не превышает значения приблизительно 0,5. Толщина битумной пленки битуминозного связующего материала в этих вариантах осуществления предлагаемого изобретения составляет по меньшей мере приблизительно 7 мкм, предпочтительно - по меньшей мере приблизительно 8 мкм, наиболее предпочтительно - по меньшей мере приблизительно 9 мкм. В этих вариантах осуществления предлагаемого изобретения удельное содержание пустот в использованном в асфальтобетонной смеси материале-заполнителе составляет по меньшей мере приблизительно 18%, предпочтительно - по меньшей мере приблизительно 20%, наиболее предпочтительно - по меньшей мере приблизительно 22%.
2
В еще одном варианте осуществления предлагаемого изобретения содержание во входящем в ее состав материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 75 мкм, не более чем приблизительно 5% по массе, содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 3%, величина воздухопроницаемости составляет по меньшей мере приблизительно 8 см. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 5%. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 7%. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 150 мкм, не более чем приблизительно 7% по массе, и содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36, больше чем приблизительно 70% по массе. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36, больше чем приблизительно 80% по массе. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание битуминозного вяжущего материала в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 7% по массе, в более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание битуминозного вяжущего материала в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 8% по массе. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь обладает усталостной прочностью, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов, в более предпочтительных вариантах - после приблизительно 35000 циклов, в наиболее предпочтительных вариантах - после приблизительно 100000 циклов. В этих вариантах осуществления предлагаемого изобретения в асфальтобетонной смеси заполнено битумом не более чем приблизительно 70% полостей, предпочтительно - не более чем приблизительно 65% полостей. Толщина битумной пленки битуминозного связующего материала асфальтобетонной смеси по этому варианту осуществления предлагаемого изобретения составляет по меньшей мере приблизительно 7 мкм, предпочтительно - по меньшей мере приблизительно 9 мкм. В асфальтобетонной смеси по этому варианту осуществления предлагаемого изобретения отношение пыль/битум не более 0,9.
2
Еще одним аспектом предлагаемого изобретения предусматривается способ получения асфальтобетонной смеси, включающий следующие стадии: подбор материала-заполнителя, в составе которого содержание частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 75 мкм, не более чем приблизительно 5% по массе, перемешивание упомянутого материала-заполнителя с битуминозным вяжущим материалом для получения асфальтобетонной смеси, в которой содержание воздушных пузырьков составляет по меньшей мере приблизительно 3%, которая имеет существенную паропроницаемость и которая обладает усталостной прочностью, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов. В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению содержание в материале-заполнителе частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 2,36, больше чем приблизительно 85% по массе, содержание битуминозного вяжущего материала в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 7% по массе, асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 8 см, и толщина битумной пленки битуминозного связующего материала асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 7 мкм.
2
2
2
Еще одним аспектом предлагаемого изобретения предусматривается способ подбора асфальтобетонной смеси для создания слоя дорожного покрытия, включающий следующие стадии: обеспечение наличия материала-заполнителя, в составе которого содержание частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 75 мкм, не более чем приблизительно 5% по массе, обеспечение наличия по меньшей мере одной асфальтобетонной смеси, содержащей битуминозный вяжущий материал и материал-заполнитель, испытание этой асфальтобетонной смеси на усталостную прочность и проницаемость и выбор асфальтобетонной смеси, пригодной для создания слоя дорожного покрытия на основании эксплуатационных характеристик, определенных в результате испытаний образцов асфальтобетонных смесей на усталостную прочность и проницаемость. Содержание воздушных пузырьков в выбранной асфальтобетонной смеси должно составлять по меньшей мере приблизительно 3%, и она должна обеспечивать практическую паропроницаемость. В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению в составе материала-заполнителя, использованного в выбранной асфальтобетонной смеси, содержание частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 9,5 мм, должно составлять по меньшей мере приблизительно 90% по массе, при этом практически все частицы этого материала-заполнителя должны проходить сквозь сито с диаметром отверстий 12,5 мм. В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению выбранная асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 8 см, в более предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению выбранная асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 10 см, в наиболее предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению выбранная асфальтобетонная смесь имеет величину воздухопроницаемости по меньшей мере приблизительно 12 см. В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению выбранная асфальтобетонная смесь имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов, в более предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению выбранная асфальтобетонная смесь имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при тех же условиях достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 35000 циклов, в наиболее предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению выбранная асфальтобетонная смесь имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при тех же условиях достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 100000 циклов. В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению перед стадией выбора асфальтобетонной смеси в испытуемых образцах асфальтобетонной смеси определяют долю полостей, заполненных битумом, и при выборе асфальтобетонной смеси учитывают этот параметр. В предпочтительных вариантах осуществления способа по предлагаемому изобретению перед стадией выбора асфальтобетонной смеси в испытуемых образцах асфальтобетонной смеси определяют также отношение пыль/битум и при выборе асфальтобетонной смеси учитывают этот параметр.
2
В еще одном варианте осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 3%, величина воздухопроницаемости этой асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 10 см, и она имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов. В более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание воздушных пузырьков в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 5%, и она имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 35000 циклов. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения асфальтобетонная смесь имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 100000 циклов.
2
В еще одном варианте осуществления предлагаемого изобретения содержание битуминозного вяжущего материала в асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 7%. Величина воздухопроницаемости этой асфальтобетонной смеси составляет по меньшей мере приблизительно 8 см, и не более чем приблизительно 70% полостей в этой асфальтобетонной смеси заполнено битумом.
2
Еще одним аспектом предлагаемого изобретения предусматривается усталостнопрочный и паропроницаемый слой дорожного покрытия, в составе которого не более чем приблизительно 5% по массе материала-заполнителя асфальтобетонной смеси состоит из частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 75 мкм, при этом больше 70% по массе его частиц проходят сквозь сито с диаметром отверстий 2,36 мм, величина его воздухопроницаемости составляет по меньшей мере приблизительно 8 см, и он имеет усталостную прочность, при которой деформация при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С достигает 2000 мкм/м после по меньшей мере приблизительно 5000 циклов. В предпочтительных вариантах осуществления слоя дорожного покрытия по предлагаемому изобретению более чем приблизительно 80% по массе материала-заполнителя асфальтобетонной смеси состоит из частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 2,36 мм, а в наиболее предпочтительных вариантах осуществления слоя дорожного покрытия по предлагаемому изобретению более чем приблизительно 85% по массе материала-заполнителя асфальтобетонной смеси состоит из частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 2,36 мм. В предпочтительных вариантах осуществления слоя дорожного покрытия по предлагаемому изобретению не более чем приблизительно 70% полостей в асфальтобетонной смеси заполнено битумом. В предпочтительных вариантах осуществления слоя дорожного покрытия по предлагаемому изобретению удельное содержание пустот в нем составляет по меньшей мере приблизительно 18%. В предпочтительных вариантах осуществления слоя дорожного покрытия по предлагаемому изобретению в составе материала-заполнителя содержание частиц, проходящих сквозь сито с диаметром отверстий 9,5 мм, составляет по меньшей мере приблизительно 90% по массе, при этом практически все частицы этого материала-заполнителя проходят сквозь сито с диаметром отверстий 12,5 мм.
Асфальтобетонная смесь по предлагаемому изобретению может быть использована для создания усталостнопрочного, практически водонепроницаемого и практически паропроницаемого слоя дорожного покрытия. Такая асфальтобетонная смесь может быть использована для разных применений в дорожном строительстве. А именно она пригодна для использования в различных слоях дорожного покрытия, включая слои основания, промежуточные слои (прослойки) и поверхностные слои. Слои дорожного покрытия, созданные с использованием асфальтобетонной смеси по предлагаемому изобретению, обеспечивают снижение риска вспучивания дорожного покрытия во время и после его нанесения. При этом не наблюдается существенного ухудшения способности таких слоев дорожного покрытия снимать напряжения. Таким образом, такие слои дорожного покрытия обладают способностью замедлять рефлексивное трещинообразование и снижать степень его тяжести. Кроме того, такие слои дорожного покрытия являются долговечными. Следует заметить также, что для нанесения на дорожное полотно асфальтобетонной смеси по предлагаемому изобретению может использоваться уже имеющееся обычное дорожное оборудование.
Далее рассматривается пример промежуточного слоя дорожного покрытия, созданного с использованием асфальтобетонных смесей по предлагаемому изобретению, в сравнении с промежуточным слоем дорожного покрытия, сходным с тем, который описан в патенте США №6830408. Следует заметить, что объем предлагаемого изобретения ни коим образом не ограничивается рассматриваемым ниже примером.
Пример 1
Промежуточный слой дорожного покрытия, полученный как один из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, был создан в составе участка дорожного покрытия, далее именуемого «Участок-1», на шоссе К-15 в городе Уичито (Wichita), штат Канзас (Kansas), между дорогой I-35 и мостом Канзас-тернпайк-бридж (Kansas Turnpike bridge). Промежуточный слой дорожного покрытия, сходный с тем, который описан в патенте США №6830408, был создан в составе участка дорожного покрытия, далее именуемого «Участок-2», на дороге I-435 в штате Канзас. Этот промежуточный слой по предшествующему уровню техники не обладал значительной паропроницаемостью. На тот и на другой сравниваемые промежуточные слои дорожного покрытия был нанесен поверхностный слой из асфальта PG70-28.
Промежуточный слой дорожного покрытия на Участке-1 (слой дорожного покрытия по предлагаемому изобретению) имел толщину 1 дюйм (2,54 см), и содержание битуминозного вяжущего материала в нем составляло 8,5% по массе, толщина пленки составляла по меньшей мере 7 мкм, и битумом были заполнены не более 70% пустот. Промежуточный слой дорожного покрытия на Участке-2 (слой дорожного покрытия по предшествующему уровню техники) имел толщину 1 дюйм (2,54 см), и содержание битуминозного вяжущего материала в нем составляло 9,3% по массе. Фракционный состав частиц материала-заполнителя для того и другого слоя показан в приводимой ниже Таблице 1.
Таблица 1
Участок-1 (мас.% частиц, проходящих сквозь сито)
Участок-2 (мас.% частиц, проходящих сквозь сито)
Размер сита (диаметр отверстий)
9,5 мм
100
100
4,75 мм
98
96
2,36 мм
80
76
1,18 мм
58
57
600 мкм
37
39
150 мкм
4
11
75 мкм
2,3
9
Характеристики асфальтобетонных смесей, использованных на Участке-1 и Участке-2, приведены в помещаемой ниже Таблице 2.
Таблица 2
Участок-1
Участок-2
% битуминозного связующего материала
8,5
9,8
% воздушных пузырьков после 50 оборотов вращательно-сдвигового уплотнителя
5,1
1,3
% пустот в материале-заполнителе
20,9
19,6
Отношение пыль/битум
0,3
1,1
Количество циклов, после которых при испытаниях на усталость при изгибе при частоте переменной нагрузки 10 Гц, температуре 20°С деформация достигала 2000 мкм/м
Более 170000
Более 100000
Величина воздухопроницаемости (см<sup>2</sup>)
17
1,5
В рассмотренном выше примере для двух экспериментальных участков дорожного покрытия использовались практически эквивалентные материалы-заполнители и битуминозные вяжущие материалы. Слои наносились на практически сходные бетонные основания в сходных климатических зонах на участках с интенсивным дорожным движением. На Участке-2 имело место удерживание водяных паров между практически паронепроницаемым промежуточным слоем и бетонным основанием, что вызывало сильное вспучивание дорожного покрытия. Из-за столь сильного вспучивания потребовалось полное удаление этого промежуточного слоя дорожного покрытия.
Из вышеизложенного можно видеть, что предлагаемое изобретение достигает всех целей, упоминавшихся выше, а также обладает другими преимуществами, которые очевидны и которые являются существенной принадлежностью предлагаемого изобретения.
Предлагаемое изобретение может быть реализовано многими путями без выхода за его пределы, поэтому должно быть понятно, что вышеприведенное описание следует трактовать как иллюстрацию, а не в исчерпывающем смысле.
Выше показаны и раскрыты конкретные варианты осуществления предлагаемого изобретения, поэтому само собой разумеется, что возможны различные модификации, и предлагаемое изобретение не ограничено этими конкретными формами или конкретным расположением частей и стадий, описанных выше, если только ограничения не предусматриваются приводимой ниже формулой изобретения. Кроме того, должно быть понятно, что определенные признаки предлагаемого изобретения и их субкомбинации могут представлять пользу и могут использоваться безотносительно к другим признакам и их субкомбинациям. Этот аспект подразумевается и охватывается формулой изобретения.