Задать вопрос
+7-932-129-43-76
+7-932-129-48-92
Задать вопрос
Быстро и надежно

Износостойкость асфальтобетона (асфальта)

Все дорожные покрытия со временем истираются под колесами движущегося транспорта. Такое явление называют износом. Оно оказывает большое влияние на качество асфальта и его долговечность.

В этой статье мы затронем такие вопросы:

  • От чего зависит износ дорожного покрытия
  • Как определяется износостойкость асфальтобетона
  • Классы асфальтобетона по истираемости
  • Как улучшить износостойкость асфальта

Ниже мы подробно раскроем каждый из них.

Асфальтированная дорога

От чего зависит износ дорожного покрытия

Износ асфальтобетона – это сложный процесс, который обусловлен целым рядом фактором.

Интенсивность истирания определяют:

  • Свойства дорожного покрытия
  • Климатические условия
  • Особенности эксплуатации дороги

Каждая из этих групп факторов активно изучается специалистами в области дорожного строительства. Давайте рассмотрим их немного подробнее.

Свойства дорожного покрытия

Ни для кого не секрет, что надежность и долговечность дороги напрямую зависит от качества асфальтобетонной смеси (АБС).

В частности, на скорость ее износа влияют:

  • Соотношение компонентов смеси
    В отличие от крупной щебенки, мелкий песок легко выносится из покрытия дороги. Это значит, что асфальт с большой долей мелких частиц в составе более подвержен износу, чем многощебеночный.
  • Истираемость минерального наполнителя
    Самая высокая марка по истираемости (И1) – у щебня из магматических горных пород (гранита, диорита, базальта и других). Только такое сырье подходит для обустройства дорог с высокой нагрузкой. Для менее загруженных трасс разрешается брать щебень марок И1-И2. Для небольших проездов и тротуаров ограничений на это свойство наполнителя нет.
  • Форма щебня
    Лучше всего сопротивляется износу материал на основе кубовидного щебня. Он легко уплотняется, отличается прочностью и высоким внутренним сцеплением.
  • Сцепление битума с наполнителем
    Битум в составе асфальта выполняет роль вяжущего – он скрепляет все компоненты смеси друг с другом. Соответственно, чем плотнее битумная пленка прилегает к зернам щебня и песка, тем меньше они выкрашиваются под колесами движущегося транспорта.
  • Пористость асфальта
    Высокое содержание воздушных пустот (пор) в толще асфальта негативно сказывается на его прочности. Кроме того, пористое покрытие быстрее разрушается под действием влаги, льда и химикатов.
  • Качество укладки
    Большое влияние на долговечность дороги оказывает эффективность уплотнения. Если АБС успела остыть до того, как по ней прошелся каток, ее не получится качественно утрамбовать. Структура такого асфальтобетона останется не сформированной до конца, и он будет быстро изнашиваться.
Образец базальтового щебня фракции 5-20 мм на белом фоне
Образец гранитного щебня фракции 5-20 мм кубовидной формы на белом фоне

Но если вы положите одну и ту же асфальтобетонную смесь на две дороги в разных уголках страны, то вовсе не факт, что покрытия из нее придут в негодность в одно и то же время. Ведь скорость износа во многом зависит и от внешних факторов. О них мы и поговорим дальше.

Климатические условия

Асфальтобетон относится к типу нежестких дорожных покрытий. Это значит, что его физико-механические характеристики сильно зависят от погодных условий. Этим он отличается, например, от цементобетона, качество которого остается неизменным как в зимние морозы, так и в летний зной.

На свойства асфальтового покрытия влияют:

  • Температура окружающей среды
    Летом асфальт может разогреваться до 60-70°С. При такой температуре битум размягчается и теряет свою «хватку». Из-за этого увеличивается скорость выноса песка и мелкого щебня из покрытия.
  • Водонасыщение
    Влага, проникая в поры асфальта, разрушает связи между битумом и минеральным наполнителем. Из-за этого снижается структурная прочность материала и увеличивается истираемость.
  • Солнечная радиация
    Под прямыми лучами солнца ускоряется старение битума – это процесс, в ходе которого вязкие смолы в составе вяжущего переходят в твердые асфальтены. В результате битум теряет свою пластичность, становится более хрупким и склонным к разрушению.

Напрямую повлиять на эти факторы невозможно. Но вполне реально принять меры по защите дороги от агрессивного воздействия окружающей среды – например, покрыть ее защитной краской или обработать пропиткой-герметиком.

Асфальтированная дорога с трещинами летом
Асфальтированная дорога зимой

Особенности эксплуатации дороги

Последняя – по порядку, но никак не по значению – группа факторов связана с техногенными нагрузками на дорогу.

К ним относятся:

  • Интенсивность движения
    Чем выше трафик на дороге, тем быстрее она изнашивается.
  • Тип нагрузки
    Грузовые автомобили оказывают намного большее давление на дорогу, чем легковые. Именно этим обусловлены сезонные ограничения на движение большегрузов по некоторым категориям дорог.
  • Режим движения
    Машины по дороге движутся не с постоянной скоростью. Они тормозят (иногда довольно резко), разгоняются, перестраиваются из ряда в ряд и круто поворачивают. Все эти маневры создают дополнительную нагрузку на дорогу.
  • Использование противогололедных материалов (ПГМ)
    Химические реагенты, растворяясь в воде, проникают в асфальт и ускоряют старение битума. Также они могут вступать в реакции с минеральным наполнителем и вызывать его коррозию. Фрикционные посыпки типа песка и отсева тоже нельзя назвать безвредными. На дороге они ведут себя как наждачка, ускоряя истирание покрытия.
  • Использование шипованных шин
    В ряде стран Европы действует полный запрет на использование шипованной резины. В других (в том числе России) она разрешена, но только в зимний период. Это объясняется как раз тем, что шипы вгрызаются в асфальт и ощутимо сокращают срок его «жизни».

Проектирование асфальтобетона под конкретные условия эксплуатации было положено в основу комплексной системы Superpave («Суперпейв»), разработанной в США в 1990-е годы. В настоящий момент ее элементы внедряются и в России – в виде новых ГОСТов на асфальтобетон, которые принимаются с 2019 года.

В продолжении статьи мы рассмотрим, как определяется и нормируется износостойкость дорожных покрытий в соответствии с этими нормативными документами.

Автомагистраль с интенсивным движением

Метод определения износостойкости асфальта (Пралль-тест)

Методика испытания асфальта на истираемость описана в ГОСТ Р 58406.5-2020. В ее основу был положен тест по Праллю (Prall test), который применяется в Европе для оценки влияния шипованной резины на дорожные покрытия (EN 12697-16).

Для проведения измерений берут четыре пробы одной и той же АБС, из которых в лаборатории формируются образцы диаметром 100 мм и толщиной 30 мм.

Процедура выглядит так:

  1. Для каждого образца определяют его объемную плотность G в г/см3. Подробнее о том, как она измеряется, вы можете прочитать в статье Плотность и масса асфальта.
  2.  Образцы выдерживают в прохладной воде (5°С) в течение пяти часов, после чего достают и обтирают влажным полотенцем. Фиксируют их массу m1 в г.
  3. Первый образец помещают в испытательную установку. Она представляет собой камеру с виброприводом, в которой асфальт подвергается воздействию 40 стальных шариков. Время проведения испытания – 15 минут.
  4. Образец достают из камеры и промывают, а затем убирают излишки влаги полотенцем. Записывают массу m2 в г.
  5. Истираемость вычисляют по формуле:
    Формула для вычисления истираемости асфальта
  6. Шаги 3-5 повторяют для каждого образца асфальтобетона, затем вычисляют среднеарифметическое полученных значений и округляют его до целого числа.

На основании этого испытания материал относят к тому или иному классу по износостойкости (истираемости). В следующем разделе мы подробно их рассмотрим.

Классы асфальтобетона по истираемости

Эта классификация была впервые введена в новых ГОСТ Р 58406.1-2020 на щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) и ГОСТ Р 58406.2-2020 на горячие АБС. В старом ГОСТ 9128-2013 износостойкость никак не нормировалась.

В этих стандартах истираемость относится к дополнительным характеристикам асфальтобетонных смесей. Это значит, что необходимость ее определения устанавливается в документации на конкретный дорожный проект.

Для горячих смесей и ЩМА устанавливается такая классификация:

Класс по истираемости Истираемость по Пралль-тесту, см3 Рекомендуемые условия применения 
1 До 25 Дороги с тяжелыми условиями движения
2 От 26 до 35 Дороги с нормальными условиями движения
3 От 36 до 45

Для вашего удобства, ниже мы разместили эту же самую таблицу в виде картинки:

Классификация горячих смесей и ЩМА по истираемости

Для небольших дорог и проездов с легкими условиями движениями этот показатель не определяется.

Отметим, что новые стандарты не распространяются на холодный асфальт. Это обусловлено тем, что дороги из него не строят. Следовательно, создавать новые нормы для этого материала смысла нет.

В заключительном разделе мы рассмотрим основные способы понизить истираемость дорожного покрытия.

Как улучшить износостойкость асфальта

Быстрый износ покрытий – это большая проблема в условиях постоянно растущей нагрузки на дороги. А суровый климат отдельных регионов России только подливает масла в огонь.

В этой области активно ведутся исследования как у нас, так и за рубежом.

Благодаря им были выведены такие способы увеличить износостойкость асфальта:

  • Увеличение содержания щебня
    Как мы уже отмечали, щебень крепче удерживается битумом в покрытии дороги. Поэтому многощебеночные смеси демонстрируют более высокую износостойкость.
  • Использование высококачественного щебня
    Щебень с самой высокой маркой по истираемости позволяет значительно продлить жизнь асфальтобетона. Правда, это решение не везде одинаково доступно. Если в каком-то регионе нет своих месторождений твердых горных пород, то местным дорожникам приходится работать с тем, что есть.
  • Проектирование крупнозернистых составов
    Асфальт с размером зерен до 40 мм (или даже больше) демонстрирует отличные показатели износостойкости. Но есть у такого материала и обратная сторона. Его сложно укладывать и трамбовать, а между его крупными частицами образуются пустоты.
  • Внесение адгезионных присадок
    Поверхностно-активные вещества (ПАВ) вносятся в битум или минеральный наполнитель и повышают сцепление смеси. Благодаря им вяжущее лучше обволакивает зерна щебня и песка, улучшаются износо-, водо-, морозо- и химическая стойкость асфальта.
  • Модификация битума
    Полимерные и волокнистые добавки в составе вяжущего улучшают его свойства и придают ему эластичность в широком спектре температур. Их влияние на износостойкость не так велико, потому что битума в асфальтобетонной смеси мало. Но они положительно влияют на физико-механические свойства материала: прочность, сдвигоустойчивость, водостойкость и прочие.
  • Обработка покрытия защитными составами
    Для защиты асфальтобетона от климатических факторов используются специальные фенольные и эпоксидные лаки, а также эмульсионно-минеральные смеси. Они образуют на покрытии тонкий защитный слой, который не дает воде и химическим реагентам попадать внутрь асфальта и разрушать его.

Подведем итог.

Износ асфальтового покрытия зависит от целого ряда факторов: свойств самого материала, погодных условий и особенностей эксплуатации дороги. Показатель износостойкости асфальтобетона позволяет примерно оценивать его долговечность. Он определяется в ходе испытания по методу Пралля.

Новые ГОСТы устанавливают классификацию асфальтобетонов по истираемости:

  • Класс 1 – износ до 25 см3 по Пралль-тесту
  • Класс 2 – износ от 26 до 35 см3 по Пралль-тесту
  • Класс 3 – износ от 36 до 45 см3 по Пралль-тесту

При этом в тяжелых условиях эксплуатации рекомендуется использовать материал первого класса, а в нормальных – второго и третьего. Для дорог с низкой нагрузкой этот показатель не нормируется.

Улучшить износостойкость можно путем увеличения доли щебня и его размеров, использования ПАВ и модифицированного битума, а также покрытия асфальта защитными составами на основе фенольных, эпоксидных и битумных эмульсий.