Зона 3 становится наиболее важной зоной, предъявляя требование к микротекстуре по содержанию каменного заполнителя с высокой стойкостью против полирования колесами транспортных средств.
Зависимость между коэффициентом усилия продольного торможения и скоростью транспортного средства также демонстрирует лучшие характеристики покрытия из пористого асфальтобетона при высоких скоростях движения, чем другие типы слоев износа.
Подобно другим битумосодержащим слоям износа, пористый асфальтобетон состоит из трех компонентов:
· каменного заполнителя
· вяжущего
· воздуха
По сравнению с обычной плотностью асфальтобетонных смесей, пористый асфальтобетон имеет на 20 и более процентов больше воздуха в своем составе за счет пор в толще слоя.
Поры подразделяются на три вида:
1. "Производительные" пустоты, сообщающиеся друг с другом и по которым просачивается вода.
2. "Полупроизводительные" пустоты, имеющие только единственную функцию впитывать и удерживать воду.
3. "Непроизводительные" пустоты внутри слоя, не имеющие сообщения с другими пустотами.
Для хорошего функционирования пористый асфальт должен иметь:
· высокое содержание производительных пустот (не ниже 20%),
· достаточную толщину слоя
· способность продолжительное время сохранять свои свойства
Во время дождя, пористый асфальтобетон действует:
· сначала как губка, впитывая дождевую воду и препятствуя образованию луж на поверхности дороги;
· затем по капиллярам в толще асфальта вода просачивается в боковую дренажную систему.
Таким образом, слой износа из пористого асфальта снижает:
· разбрызгивание воды из-под колес автомобиля
· эффект гидропланирования, одновременно улучшая сопротивление заносу
· эффект отражения света фар от поверхности мокрого покрытия
· шум качения на 2 - 3 дБ по сравнению с асфальтобетонными смесями классической плотности, используемых для слоев износа.
Переход от а/б смесей обычной плотности к пористым асфальтобетонам не вызывает значительного увеличения затрат, если:
· оба типа готовятся из тех же исходных материалов
· на той же установке для приготовления смеси
· используется одинаковое оборудование для укладки смеси
· структура нижележащих слоев не меняется.
Из-за содержания воздушных пустот в пористых а/б смесях наблюдалось ускорение процесса окисления вяжущего, что снижало сопротивляемость смеси усталости и через определенный период делало ее хрупкой.
Благодаря использованию модифицированных вяжущих такие изменения удалось устранить.
Каменный заполнитель
Для обеспечения содержания воздушных пустот не ниже 20% после открытия дорог для транспортного движения асфальтобетонная смесь должна иметь высокое содержание каменных зерен (6-10 или 10-14 мм), но небольшое содержание песка. Как правило, кривая гранулометрического состава находится между 2-6, 4-6 и даже 2-10. При задании подобного распределения по фракциям, важно осознавать риск расслаивания заполнителей в составе смеси.
Вяжущие
В последние годы производители вяжущих и дорожные строители провели ряд исследований по улучшению характеристик вяжущих для пористого асфальтобетона.
В результате на рынке вяжущих появился целый спектр продуктов, от традиционных битумов до модифицированных систем с высокими эксплуатационными качествами.
Определение:
Модификация - видоизменение, характеризующееся появлением новых свойств путем регулирования молекулярной структуры (термической обработкой, введением химических добавок и т.д.).
Модифицированные вяжущие с полимерными добавками улучшают а/б смесь и придают ей:
1. меньшую уплотняемость под воздействием транспортного движения
2. уменьшение старения вяжущего в течение срока службы
3. большую вязкость для увеличения толщины обволакивающего слоя на поверхности каменного заполнителя.
Использование модифицированных битумов в Европе быстро растет и применяется для всех типов асфальтобетонных смесей.
Разновидности пористого асфальтобетона в зависимости от типа вяжущего
а) Пористый асфальтобетон на основе чистого битума
Кривая гранулометрического состава смеси обычно находится между 2 и 10 мм, но небольшое количество частиц (13-15%) может быть менее 2 мм.
Содержание битума 4.2 - 4.8 %. Это максимум, который может быть использован без риска текучести вяжущего и подвижности смеси при укладке и под действием транспортного движения.
В большинстве европейских стран, в основном, используется битум с пенетрацией 60/70. При исключительных обстоятельствах, могут допускаться битумы с пенетрацией 40/50, 80/100.
б) Пористый асфальтобетон на основе чистого битума с добавкой волокон
Эта смесь для слоев износа характеризуется содержанием битума 6% и более из-за добавления волокон, что позволяет увеличить ее вязкость. В случае, когда целью является увеличение толщины пленки вяжущего для увеличения долговечности и снижения разрушений, вызываемых водой и риск образования колеи.
Кривая гранулометрического состава каменного заполнителя находится между фракциями 0-14 и 0-10 с низким содержанием песка для обеспечения образования большого содержания воздушных пустот.
в) Пористый асфальтобетон на основе полимер-модифицированного битума
Вяжущее производится в заводских условиях и подразделяется на два основных типа в зависимости от типа добавок:
· на основе термопластика SBS (styrene-butadene-sturene) эластомера
· на основе EVA (ethylene-vinyl acetate) сополимера
Цель этих добавок - увеличение долговечности пористого асфальтобетона.
По сравнению с обычными битумами, битумы SBS и EVA имеют меньшую чувствительность к низким температурам, большую когезию и ряд других свойств. Содержание полимер-модифицированных битумов немного выше, чем обычных, от 4.5 до 5.6 %.
г) Пористый асфальтобетон на основе битума с добавкой порошка резины.
Вяжущее готовится в передвижной установке путем смешения порошка резины с битумом. Повышенная вязкость вяжущего позволяет увеличить его содержание до 6.5 %, в результате чего, тонкая пленка обволакивает большую площадь поверхности каменного заполнителя, улучшая долговечность и предотвращая расслоение смеси. Используется каменный материал фракции 0-10 мм с пониженным содержанием песка для получения необходимого количества воздушных пустот.
Впервые пористые асфальтобетоны были предложены в 60-х годах, но только в 1977 был уложен первый опытный участок дороги. Начал широко применяться с 1985 года.
Только во Франции до конца 1990 года было уложено более чем 10 млн. м2 пористого асфальтобетона (около 200 км).
На практике, пористость снижается из-за грязи.
Загрязнению менее подвержены покрытия, по которым движется с высокой скоростью тяжелый транспорт, где очищающий эффект дает "явление присоски", возникающее на мокром покрытии под покрышками тяжелых автомобилей.
Практика показывает, что на автодороге с интенсивностью движения 6000 авт/сут и преобладающим тяжелым движением через 7 лет механическое поведение (сопротивляемость образованию колейности и расслоение) слоя износа все еще удовлетворительное.
На участках с интенсивным тяжелым движением и самоочищающим эффектом за счет высасывания воды и грязи из пор покрытия под действием покрышек, снижение пористости наблюдается 1 20% до 16% в первые 28 месяцев эксплуатации покрытия.
В последующий период содержание пустот стабилизируется на уровне 15%.
Соответственную эволюцию претерпевает и звукопоглощение покрытием.
В любом случае, звукопоглощающие свойства пористого асфальтобетона являются выше по сравнению с обычным за счет наличия внутри смеси "непроизводительных" воздушных пустот, куда не может попасть грязь, и которые продолжают выполнять свою функцию.
Практика показывает, чем менее интенсивно движение, чем оно легче, чем ниже скорости движения, тем быстрее засоряется пористый асфальтобетон.
Существуют два типа содержания пористого асфальтобетона:
· промывка пористого асфальта водой под давлением чтобы сохранить высокую всасывающую способность асфальта. Требуется специальная техники и расчетные интервалы для проведения промывки.
· проведение регенерации слоя износа для восстановления первоначальных свойств.
Метод регенерации может применяться к концу эксплуатационного периода пористого асфальтобетона
Из-за присутствия воздушных пустот слой пористого асфальта имеет более низкую теплопроводность, чем слой из классического асфальтобетона. В результате поведение поверхности покрытия имеет отличия при погодных условиях с резкой сменой температур. Мороз и образование льда не особенно увеличивается, но лед появляется раньше и остается дольше, чем на поверхности слоя из классического асфальтобетона. Разница в температуре покрытия по сравнению с обычными асфальтобетонами составляет +/- 2 ОС.
На сухом покрытии при температуре около 0 замерзание, в первую очередь, наблюдается по следу колес транспортного движения.
На мокром покрытии, лед формируется в виде более тонких пленок, чем на обычных покрытиях.
Снег проникает в поры и уплотняется колесами транспорта. Покрытие будет дольше оставаться белым, но это не обязательно означает снижение сопротивляемости заносу, поскольку контакт осуществляется между покрышкой и выступающим каменным заполнителем.
Поэтому график зимнего содержания и использования химических противогололедных продуктов требует учета специфики поведения пористых асфальтобетонов зимой.
В этом случае следует помнить, что преимущества пористых асфальтобетонов при дождливой погоде и шумопоглощающие свойства перевешивают незначительные изменения в привычках зимнего содержания дорог.