Проектирование составов асфальтобетона

 
 
 
 
 
Г. Н. Кирюхин, Е. А. Смирнов 
 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВОВ АСФАЛЬТОБЕТОНА 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2023 

УДК 625.8 
ББК 39.311-06 
К43 
 
Рецензенты: 
профессор кафедры строительства и эксплуатации дорог  
МАДИ (ГТУ), доктор технических наук А. П. Лупанов; 
главный специалист ФАУ «РОСДОРНИИ», член-корреспондент  
Академии военных наук, доктор технических наук А. В. Руденский 
 
 
Кирюхин, Г. Н. 
К43  
Проектирование составов асфальтобетона : монография / Г. Н. Кирюхин, Е. А. Смирнов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 
204 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-1286-5 
 
Рассмотрены специфические особенности, различия и недостатки известных методов подбора составов асфальтобетонной смеси, обоснована 
необходимость их развития в направлении функционального проектирования оптимального асфальтобетона применительно к конкретным условиям 
эксплуатации. Показано влияние состава и свойств асфальтобетона на работоспособность дорожных покрытий. Рассмотрены различные виды асфальтобетонов и оптимальные области их применения в конструкциях дорожных одежд, а также ряд инноваций в области технологии асфальтобетонных смесей. Приведены результаты исследований эксплуатационных 
свойств асфальтобетона с учетом напряженно-деформированного состояния и температурно-временных условий нагружения.  
Для специалистов в области проектирования и строительства автомобильных дорог. Может быть полезно студентам строительных и транспортных направлений подготовки.
 
УДК 625.8 
ББК 39.311-06 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1286-5 
” Кирюхин Г. Н., Смирнов Е. А., 2023 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5 
 
1. ИСТОРИЯ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВОВ  
АСФАЛЬТОБЕТОНА ................................................................................................. 7 
1.1. Метод проф. П. В. Сахарова 
............................................................................ 7 
1.2. Метод СоюзДорНИИ ....................................................................................... 8 
1.3. Метод проф. И. А. Рыбьева ........................................................................... 13 
1.4. Метод М. Дюрье ............................................................................................. 15 
1.5. Метод Хаббарда-Филда ................................................................................. 16 
1.6. Метод Хвима 
................................................................................................... 17 
1.7. Метод Маршалла 
............................................................................................ 20 
1.8. Метод «Суперпейв» ....................................................................................... 25 
1.9. Анализ методов проектирования асфальтобетона 
...................................... 30 
 
2. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНА ........................................ 34 
2.1. Минеральный остов ....................................................................................... 37 
2.1.1. Оценка зернового состава .......................................................................... 44 
2.1.2. Влияние зернового состава на свойства асфальтобетона ....................... 50 
2.2. Асфальтовое вяжущее ................................................................................... 55 
2.2.1. Реология ....................................................................................................... 56 
2.2.2. Роль минерального порошка 
...................................................................... 60 
2.2.3. Роль битумного вяжущего 
.......................................................................... 62 
2.3. Влияние структуры на расчетные характеристики асфальтобетона ........ 70 
 
 
3. ИННОВАЦИОННЫЕ СОСТАВЫ И ТЕХНОЛОГИИ АСФАЛЬТОБЕТОНА 
... 79 
3.1. Основные виды добавок для битумов и асфальтобетонов ........................ 79 
3.2. Полимерные добавки ..................................................................................... 82 
3.3. Использование местных материалов и отходов промышленности .......... 90 
3.3.1. Гранулят старого асфальтобетона ............................................................. 91 
3.3.2. Резиновая крошка 
........................................................................................ 95 
3.3.3. Добавление серы в асфальтобетонные смеси ........................................ 100 
 
4. РАЗНОВИДНОСТИ ПРИМЕНЯЕМЫХ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ ................. 102 
4.1. Литой асфальтобетон ................................................................................... 103 
4.2. Высокоплотный асфальтобетон 
.................................................................. 106 
4.3. Щебеночно-мастичный асфальтобетон ..................................................... 112 
4.4. Плотные и пористые асфальтобетоны из горячих укатываемых смесей ... 126 
4.5. Дренирующий асфальтобетон .................................................................... 133 
4.6. Теплый асфальтобетон................................................................................. 140 
4.7. Холодный асфальтобетон 
............................................................................ 144 
4.7.1. Традиционные холодные смеси 
............................................................... 144 
4.7.2. Черные щебеночные смеси ...................................................................... 147 
4.7.3. Ремонтные складируемые смеси ............................................................. 149 
 
 
3 


5. ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
............................ 152 
5.1. Подходы к оптимизации свойств асфальтобетона ................................... 154 
5.2. Учет внешних факторов .............................................................................. 158 
5.2.1. Климатические факторы 
........................................................................... 159 
5.2.2. Транспортные нагрузки ............................................................................ 162 
5.2.3. Конструктивные факторы ........................................................................ 163 
5.3. Теоретические предпосылки нелинейного деформирования  
и разрушения асфальтобетона ............................................................................... 165 
5.3.1. Сдвигоустойчивость ................................................................................. 170 
5.3.2. Износостойкость 
........................................................................................ 179 
5.3.3. Усталостная трещиностойкость 
............................................................... 182 
5.3.4. Низкотемпературная трещиностойкость ................................................ 184 
5.4. Водо-морозостойкость 
................................................................................. 187 
5.5. Устойчивость к старению 
............................................................................ 189 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 193 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
....................................................................................... 196 
 
4 


ВВЕДЕНИЕ 
 
Наибольшее распространение в дорожном строительстве получили асфальтобетонные покрытия, как удобные для движения транспортных средств и пассажиров. Асфальтобетонные смеси являются высокотехнологичными при строительстве и ремонте дорог, а асфальтобетон в полной мере отвечает современным требованиям по обеспечению скоростного и безопасного движения автомобилей. Однако под воздействием автомобильного транспорта и климатических 
факторов происходит постепенное накопление дефектов в дорожных конструкциях, что приводит к ухудшению ровности покрытий, увеличению капитальных 
затрат на ремонт и содержание автомобильных дорог, снижению эффективности 
транспортных перевозок и безопасности автомобильного движения.  
Основной причиной преждевременного разрушения покрытий является 
несоответствие структуры применяемого асфальтобетона условиям его эксплуатации. Условия работы асфальтобетона в дорожных конструкциях в последние 
годы существенно изменились. Значительно выросли осевые нагрузки, интенсивность движения и давление в шинах автомобилей, что привело к увеличению 
напряжений и деформаций в покрытиях. В результате этого традиционные эмпирические критерии работоспособности асфальтобетона перестают удовлетворять дорожников. Поэтому наблюдается общемировая тенденция перехода от 
условных методов испытаний асфальтобетона к методам оценки эксплуатационных свойств, которые в большей степени приближены к реальным условиям. В 
большинстве развитых стран разрабатываются и совершенствуются методы 
функционального проектирования составов асфальтобетонных смесей для автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения, позволяющие изменять 
структуру асфальтобетона в направлении более длительного сопротивления 
внешним воздействиям. 
Как известно, асфальтобетон состоит из трех основных частей: минеральной части, битумного вяжущего и воздушных пор. От объемного содержания и 
структуры каждой составляющей зависит качество асфальтобетона. Зерновой 
состав минеральной части влияет на технологические свойства асфальтобетонной смеси и определяет структуру минерального остова, воспринимающего 
сдвиговые нагрузки от транспорта. Битумное вяжущее склеивает минеральные 
зерна в монолит, обуславливая реологические свойства и трещиностойкость асфальтобетона в заданных условиях эксплуатации. Воздушные поры также 
имеют большое значение. При увеличении пористости асфальтобетона снижается его водо-морозостойкость и быстрее стареет битумное вяжущее. При низкой остаточной пористости и повышении температуры происходит раздвижка 
минерального остова битумными пленками, что приводит к снижению сдвигоустойчивости покрытий. 
Ответственной задачей в технологии производства асфальтобетонных смесей 
является подбор составов, обеспечивающих требуемые свойства асфальтобетона. 
При подборе оптимальных составов следует помнить, что улучшение одного качества материала, как правило, приводит к ухудшению другого. Поэтому поиск 
5 


баланса между сдвигоустойчивостью и трещиностойкостью присутствует практически во всех методах проектирования составов асфальтобетонных смесей. 
В основу стандартных методов проектирования состава асфальтобетона положен анализ объемного содержания компонентов, при этом нормы пористости 
минерального остова и остаточной пористости назначаются в зависимости от регламентируемого метода уплотнения образцов и области применения проектируемой смеси. При этом оптимальное объемное содержание битумного вяжущего оценивается как разность пористости минерального остова и остаточной 
пористости. 
Однако недостаточно использовать только объемные характеристики асфальтобетона при подборе оптимальных составов смесей, особенно для дорог с 
тяжелыми условиями движения. При функциональном проектировании определяют также механические свойства асфальтобетона, характеризующие его работоспособность в покрытии. Крайне важно, чтобы свойства асфальтобетона соответствовали условиям его эксплуатации в конструктивных слоях дорожных 
одежд по температуре, режиму нагружения, напряженно-деформированному состоянию и воздействию агрессивных сред. К сожалению, этому принципиальному вопросу уделяется мало внимания. Так в большинстве применяемых методов подбора составов смесей механическими критериями служат лабораторные 
показатели асфальтобетона, позволяющие лишь приближенно судить о поведении материала при высоких летних температурах, тогда как низкотемпературные свойства, износостойкость и другие критерии работоспособности асфальтобетона в дорожных конструкциях не учитываются. 
К недостаткам, присущим современным методам подбора составов асфальтобетона, относится слабый учет особенностей технологического процесса приготовления смесей. Это приводит к почти неизбежным производственным коррективам, а иногда и существенным изменениям подобранного в лаборатории 
состава асфальтобетонной смеси [1]. Кроме того, не получило должного развития перспективное направление проектирования, включающее целенаправленный учет и оптимизацию составов асфальтобетонных смесей по их технологическим признакам. Указанное направление особенно актуально при неблагоприятных погодных условиях производства работ, а также в тех случаях, когда используется недостаточно эффективная дорожно-строительная техника. 
6 


1. ИСТОРИЯ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
СОСТАВОВ АСФАЛЬТОБЕТОНА 
 
В промышленном масштабе асфальтобетон применяют с начала прошлого 
века. Поэтому вопросы, связанные с разработкой рецептур асфальтобетонных смесей, имеют давнюю историю, как в нашей стране, так и за рубежом. Во времена 
СССР были разработаны несколько методов проектирования составов асфальтобетона: 
– проектирование смеси по асфальтовому вяжущему веществу (метод проф.  
П. В. Сахарова); 
– метод Московского Ушосдора, разработанный в 1931 г. А. В. Окниным и  
Б. А. Козловским по результатам подбора состава растворной части; 
– метод проф. Н.Н. Иванова, основанный на подборе минеральной смеси с 
оптимальной плотностью; 
– ускоренный метод СоюзДорНИИ, предложенный канд. техн. наук А. И. Лысихиной и Ц. Г. Ханиной; 
 
– метод проф. И. А. Рыбьева, направленный на предвидение свойств материала. 
 
За рубежом разработаны следующие методы проектирования смесей: 
– по сдвигоустойчивости образцов с учетом объема воздушных пор при минимальном количестве битума (метод Хаббарда – Филда); 
– по максимальным прочностным показателям лабораторных образцов, испытываемых на приборах Хвима, Смита и др.; 
– по удельной поверхности и модулю насыщенности смеси вяжущим веществом (метод М. Дюрье); 
– метод Маршалла по результатам уплотнения образцов и их испытаний на 
соответствующем оборудовании; 
– метод «Суперпейв», представленный в России как объемно-функциональное проектирование составов асфальтобетона. 
 
Каждый из перечисленных методов имеет свои специфические особенности, 
достоинства и недостатки. Их авторы исходили из определенных теоретических 
предпосылок, отражающих в той или иной степени структуру материала, используя 
при этом различные методы испытаний. При всем многообразии методов испытаний цель и задачи проектирования асфальтобетонных смесей и асфальтобетона 
неизменны и направлены на обеспечение эксплуатационных свойств устраиваемых 
покрытий, качественные признаки которых были сформулированы еще в начале 
прошлого века [2]. При этом срок службы определяются не только составом, но и 
условиями эксплуатации асфальтобетона в конструкции.  
 
1.1. Метод проф. П. В. Сахарова 
 
В 1909 году П. В. Сахаров предложил проектировать состав асфальтобетона 
по предварительно подобранному составу асфальтового вяжущего вещества (битум + минеральный порошок). Количественное соотношение битума и минерального порошка в асфальтовом вяжущем веществе он подбирал экспериментально в зависимости от пластической деформации и предела прочности на растяжение лабораторных образцов.  
7 


Предельная пластическая деформация асфальтового вяжущего вещества замерялась методом водоупорности на приборе Гарри-Бухардца, Тетмайера и др. 
при статическом давлении воды в 2–3 атм. Величина пластической деформации 
ограничивалась пределами не более 10–20 мм при температуре +15 °С.  Предел 
прочности на растяжение замерялся с помощью динамометра при испытании образцов-восьмерок. Он должен быть не ниже 10 кг/см2 при температуре +15 °С. 
Примечательно, что проф. П. В. Сахаров учитывал термоустойчивость асфальтового вяжущего вещества в результате сопоставления показателей прочности при температурах +30 °С, +15 °С и 0 °С, тогда как во многих зарубежных в 
том числе современных методах подбора составов асфальтобетона этому вопросу не уделяется должное внимание. 
В полном объеме процесс проектирования состава асфальтобетона методом 
проф. П. В. Сахарова состоял из 4-х стадий: 
– проектирование состава асфальтового вяжущего вещества; 
– проектирование состава асфальтового раствора; 
– подбор щебеночного или гравийного остова; 
– поверочные опыты с материалом. 
 
При подборе состава минеральной части предполагалось применять плотные смеси из песка и щебня. В связи с этим П. В. Сахаров отмечал, что положительные результаты с точки зрения увеличения плотности смеси достигаются 
только при ступенчатом (прерывистом) подборе отгрохоченных фракций минерального материала. Если же соотношение размеров смешиваемых фракций 
меньше, чем 1 : 2 или 1 : 3, то мелкие частицы не заполняют промежуток между 
крупными зернами, а раздвигают их [3].  
По результатам испытаний образцов асфальтового вяжущего вещества 
было рекомендовано придерживаться величин отношения содержаний битума к 
минеральному порошку (Б/МП) в пределах от 0,5 до 0,2 по массе. При таком 
соотношении Б/МП бинарные смеси содержат повышенное количество минерального порошка, что приводит к высоким значениям показателей прочности и 
жесткости битумоминеральных материалов. 
1.2. Метод СоюзДорНИИ 
Данный метод подбора оптимальных составов асфальтобетонных смесей 
ориентирован на действующие в России межгосударственные стандарты в области асфальтобетона. Первоначально он объединил метод Московского 
Ушосдора, графоаналитический способ подбора минеральной части по предельным кривым плотных смесей Н. Н. Иванова, а также учитывал предложения  
А. И. Лысихиной, Ц. Г. Ханиной и других исследователей. 
 Принципиальной основой метода СоюзДорНИИ является положение о том, 
что прочность и деформативность асфальтобетона обусловливаются его структурой и обеспечиваются минеральным остовом требуемой плотности и оптимальным количеством битума. Структура асфальтобетона зависит как от содержания и качества компонент, так и от технологии приготовления смеси. 
 
8 


Проектирование состава смеси методом СоюзДорНИИ производится в следующей последовательности: 
– выбор и испытание исходных материалов на соответствие требованиям 
стандартов; 
– подбор весовых соотношений минеральных материалов (щебня, песка и 
минерального порошка) в зависимости от их зернового состава и заданных требований к гранулометрии минеральной части смеси; 
– определение оптимального количества битума для подобранного состава 
минеральной смеси;  
– изготовление и испытание контрольных образцов асфальтобетона на соответствие требованиям стандарта. 
 
Исходные материалы для подбора смеси выбирают в зависимости от типа 
асфальтобетона и области его применения согласно техническому заданию. Как 
правило, в составах смесей рекомендуется использовать местные проверенные 
материалы, позволяющие снизить стоимость строительства. 
Подбор составов минеральной части асфальтобетонных смесей производится 
на основании предельных кривых их гранулометрии [4]. Для каждого типа асфальтобетона в межгосударственных стандартах регламентированы области зерновых 
составов, причем в достаточно узких пределах. Смесь щебня, песка и минерального порошка подбирают таким образом, чтобы кривая зернового состава расположилась в зоне, ограниченной предельными кривыми, и была по возможности 
плавной. Фракционный состав минеральной смеси рассчитывается в зависимости 
от содержания выбранных компонентов и их зерновых составов по следующей зависимости: 
 
ܻ
௜ൌ
σ
ఈೕ௫೔ೕ
೙
ೕ൉భ
ଵ଴଴
,  
(1) 
где Y୧ – содержание i-й фракции в смеси; 
݅ – номер компоненты; 
n – количество компонент в смеси; 
Ƚ୨ – содержание j-й компоненты; 
x୧୨ – содержание i-й фракции в j-й компоненте. 
 
При подборе зернового состава, особенно с использованием песка из отсевов дробления, необходимо учитывать содержащиеся в минеральном материале 
зерна мельче 0,071 мм, которые при нагреве в сушильном барабане частично выдуваются и оседают на фильтрах системы пылеулавливания. Улавливаемые пылевидные частицы могут либо удаляться, либо дозироваться в смеситель взамен 
части стандартного минерального порошка. Порядок использования пыли улавливания оговаривается в технологическом регламенте на приготовление асфальтобетонных смесей с учетом качества минеральных материалов и особенностей 
асфальтосмесительной установки. 
Предварительно содержание битума назначается с помощью расчетных 
формул или по рекомендациям, установленным опытным путем для каждого 
9 


типа асфальтобетонной смеси. После этого в лабораторной мешалке приготовляют асфальтобетонную смесь и формуют из нее 2–3 цилиндрических образца 
статическим или комбинированным способом уплотнения в соответствии  
с ГОСТ 12801. Диаметр и высота образцов назначаются в зависимости от крупности минеральных зерен в смеси: 50,5; 71,4; и 101 мм. Типичное оборудование 
для уплотнения образцов асфальтобетона стандартных размеров показано на рисунке 1.  
 
 
Рис. 1.  Оборудование для уплотнения  
асфальтобетонного образца по ГОСТ 12801  
(слева изображена виброплощадка и облегченная форма,  
справа – гидравлический пресс) 
 
Метод уплотнения образцов выбирают в зависимости от содержания щебня 
в асфальтобетонной смеси. При содержании щебня меньше 50 % смесь уплотняют на гидравлическом прессе в цилиндрической форме статической нагрузкой 
40 МПа в течение 3 минут. При содержании щебня более 50 % применяют комбинированный метод с предварительным уплотнением смеси вибрированием на 
оборудовании, показанным слева. Затем образец в форме дополнительно уплотняют на прессе статической нагрузкой 20 МПа, как показано на рис. 1 справа. 
Сформованные образцы и неуплотненная смесь испытываются в соответствии с ГОСТ 12801 с целью определения средней и истинной плотности асфальтобетона и минеральной части. По их значениям рассчитывают остаточную пористость и пористость минерального остова. Если остаточная пористость не соответствует нормируемому значению, то определяют новое расчетное количество битума (Б, % по массе) по следующей зависимости: 
10