Первый метод оценки оптимального содержания битума в смеси, предложенный К. Ричардсоном и описанный выше, был чисто визуальным. До 1920 х годов никаких количественных методов, основанных на механических испытаниях смеси, в США не существовало. Первый такой метод предложили в середине 1920 х годов P. Hubbard и F. Field (метод Хаббарда-Филда).

К этому времени асфальтобетон как материал для дорожных покрытий завоевал лидирующее место. В двенадцати крупнейших городах страны 54 % площади покрытий приходилось на асфальтобетон, 13 % на не укрепленный вяжущим щебень, 15 % – каменную мостовую, 13 % – клинкерную мостовую, 2 % – деревянную мостовую и 3 % – на цементобетон. Необходимо было создать стандарт, который бы предъявлял технические требования к асфальтобетону. П. Хаббард в эти годы, работая секретарем комитета по дорогам и дорожно-строительным материалам Американского общества испытаний и материалов (ASTM), основал асфальтовую лабораторию, превратившуюся впоследствии в известный Асфальтовый институт.

Требовалось, чтобы подобранные смеси были приготовлены в лаборатории и испытаны. Метод Хаббарда-Филда состоял в продавливании уплотненного образца из испытываемой смеси. Цилиндрический образец диаметром 50 мм и высотой 25 мм продавливали через круглое отверстие диаметром 44 мм на дне металлического патрубка. Испытание проводили при температуре 66 °С, соответствующей максимальной температуре поверхности покрытия летом на значительной части территории США. Максимальную нагрузку (в килограммах), которую потребовалось приложить к образцу при испытании со скоростью 60 мм/мин, записывали как показатель «устойчивости» смеси. Подразумевалось, что она характеризует сопротивление асфальтобетона образованию колеи при проезде автомобилей. Требуемый показатель устойчивости нормировался в зависимости от интенсивности движения.

Перекресток улиц Wilshire и Sepulvida в Лос-Анджелесе находится в первой десятке по количеству ДТП в стране. Число ДТП в прошлом году снизилось после дополнительной разметки и установки телекамер, фиксирующих проезд на поздний желтый – красный сигнал светофора.

Прибор Хаббарда-Филда широко применялся во многих штатах. В 1950 х диаметр образца был увеличен до 150 мм, а высота до 50 мм для испытания смесей с размером зерен до 19 мм, но модифицированная версия прибора использовалась недолго в связи с распространением метода Маршалла в этот период. Любопытно, что в России в 1990 х главный инженер объединения «Дорстройпроект», канд. техн. наук Ю. Е. Никольский предложил использовать аналогичный прибор.

Оценивая метод Хаббарда-Филда с позиций сегодняшнего дня, целесообразно отметить следующее. Испытание косвенно характеризует предельное сопротивление сдвигу материала в момент его разрушения при однократном нагружении. Это предельное сопротивление отражает влияние как удельного сцепления «с», так и угла внутреннего трения «φ», которые входят в закон Ш. Кулона для предельного касательного напряжения τ_max = σ · tg φ+c, при достижении которого возникает необратимое пластическое течение идеального упругопластического материала. Предполагается, что если под действием приложенной нагрузки в самой опасной в отношении сдвига точке покрытия появляются нормальное напряжение «σ» и касательное напряжение «τ», которое меньше предельного «τ_max», то необратимый сдвиг не произойдет, то есть считается, что в этом случае после проезда автомобиля якобы нет остаточной деформации.

На самом же деле асфальтобетон не является идеальным упругопластическим телом. Даже напряженное состояние, далекое от предельного, вызывает в нем как упругую и вязкую, так и необратимую пластическую деформацию. Необратимое вертикальное перемещение от одного проезда грузового автомобиля имеет порядок 0,0001 мм при том, что полное перемещение (прогиб) имеет порядок 0,1 мм. Поэтому, измеряя полный прогиб, трудно одновременно измерить 1/1000 часть его. Кроме того, часть остаточного перемещения обусловлена необратимыми деформациями грунта и щебеночного основания, особенно при тонком покрытии. Эта его часть практически не связана с прочностью асфальтобетона на сдвиг.

Накопление столь малых перемещений после многократных проездов (порядка 100000 и больше), неравномерно распределенных по ширине покрытия, и приводит к образованию колеи глубиной 10–50 мм. При этих повторных деформациях асфальтобетон может сохранять сплошность и его структура (взаимное расположение частиц и связь между ними) далека от предельной. На микроструктурном уровне малые остаточные деформации могут, например, объясняться выжиманием части битума из зоны контакта зерен. При этом зерна сближаются, но не сдвигаются относительно друг друга. В отличие от этого, во время испытания на прочность при однократном срезе структура материала разрушается полностью и необратимо.

Испытание же по Хаббарду-Филду предполагает, что чем прочнее материал на сдвиг, тем лучше он сопротивляется накоплению деформаций при повторяющихся малых нагрузках, что, к сожалению, не подтверждается. Это замечание не должно быть прочитано просто как ретроспективный взгляд на историю технологии асфальтобетона. Оно актуально и сегодня. Так, в стандарте России на асфальтобетон (ГОСТ 9128–97, Изменение № 2, введенное с 1.09.2002) нормированы упомянутые параметры предельного сопротивления сдвигу «φ», «с» при 50 °С.

Они нормированы впервые (по предложению канд. техн. наук Г. Н. Кирюхина), что можно считать шагом вперед по сравнению с предыдущими российскими стандартами. При этом подразумевается, что чем выше «φ» и «с», тем лучше сопротивляется асфальтобетон образованию колеи. Возможно, что в некоторых случаях это действительно так. Однако может оказаться, например, что введение в битум полимера практически не изменяет значений «φ» и «с», то есть что сопротивление сдвигу якобы не увеличивается, хотя стоимость смеси возрастает. На самом деле введение полимера существенно уменьшает колею, но не за счет роста предельного сопротивления материала разрушенной структуры, а за счет уменьшения доли остаточных деформаций при повторяющихся малых напряжениях – добавка полимера повышает эластичность битума, а значит, и асфальтобетона.

СОДЕРЖАНИЕ

Проектирование состава асфальтобетонных смесей в США

 -  Метод Хаббарда-Филда

 -  Метод Хвима

 -  Метод Маршалла

 -  О разработке метода Суперпейв

Автор: Радовский Б.С.

Ссылка: http://library.stroit.ru/articles/asfalt5/index.html