Методи та прилади контролю якості будівництва доріг у США

1. 2 дорожная техника‘05
1 6 2 0
4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США
Сертификация
лабораторий
Принято различать два
понятия: контроль качества
(QC — quality control) и га-
рантия (поддержка) качества
(QA — quality assurance).
Как известно, под контролем
качества понимают постоян-
ную или периодическую ин-
спекцию на каждой стадии
производства от исходных
материалов (горной поро-
ды, нефти и т. д.) до конечно-
го продукта, например, ас-
фальтобетонного покрытия.
Под гарантией (или поддерж-
кой) качества (QA) в США по-
нимают планируемые систе-
матические действия, на-
правленные на обеспечение
стандартного уровня лабора-
торного контроля качества.
Эти действия в основном сво-
дятся к аккредитации лабо-
раторий и сертификации тех-
нических работников, осу-
ществляющих контроль каче-
ства. Порядок их проведения
определяет Федеральная До-
рожная Администрация.
Федеральная Дорожная
Администрация США с 1995 г.
установила новый порядок
аккредитации лабораторий
и сертификации сотрудников.
Штаты разделены на несколь-
ко групп. Входящие в данную
группу штаты совместно за-
нимаются аккредитацией
и сертификацией и обучени-
ем. Например, в западный
регион входят штаты Аляска,
Аризона, Айдахо, Вашинг-
тон, Гавайи, Калифорния, Ко-
лорадо, Монтана, Невада,
Орегон и Юта. Вместе с тем,
любой штат может сформу-
лировать собственные тре-
бования к квалификации пер-
сонала лаборатории. Техни-
ческое руководство аккреди-
тацией лабораторий штатов
по поручению Федеральной
Дорожной Администрации
осуществляет подкомитет
AASHTO по материалам че-
рез центральную лаборато-
рию Национального инсти-
тута стандартов и технологий
(NIST).
Сначала аккредитуются
центральные лаборатории
штатов. Заявка с просьбой
об аккредитации поступает
из центральной лаборатории
штата в Федеральную Дорож-
ную Администрацию. В ней
указывается, по каким видам
строительных материалов
и по каким методам их испы-
таний центральная лабора-
тории данного штата хотела
бы быть аккредитованной.
Из лаборатории Федераль-
ной Дорожной Администра-
ции или, по ее поручению,
из центральной региональ-
ной лаборатории в централь-
ную лабораторию штата по-
ступают «анонимные» об-
разцы материалов (битума,
битумной эмульсии, щебня
и т. д.). Основные стандартные
показатели их свойств долж-
ны быть определены и спу-
В широком смысле, контроль качества строительства начинается в США задолго до собственно строительства. Во-
первых, существующая система лицензирования инженеров автоматически допускает к инженерному руководству про-
ектированием и строительством только людей, имеющих необходимую подготовку и осведомленных о мере ответствен-
ностизасвоюработу.Во-вторых,системааккредитациилабораторий,сертификацииихперсоналаикалибровкиоборудо-
ванияобеспечиваетналичие специалистов, осуществляющих контроль качества, и нужных для этого приборов.Наконец,
для контроля одного и того же показателя, как правило, используют несколько методов и приборов, обеспечивая конку-
ренцию между разработчиками, а тем самым — постоянное совершенствование этих приборов и методов.
Радовский Б. С.,
д.т. н.,проф.
(InternetLaboratories,Inc.,США)
Перестройка перед выходом с фривея и переходом на другой фривей.
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА
ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США

2. дорожная техника‘05
1 6 3
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАСТРОИТЕЛЬСТВАДОРОЖНЫХПОКРЫТИЙВСША
4
стя короткий промежуток
времени отправлены в цен-
тральную лабораторию, где
статистически обрабатыва-
ются результаты, полученные
в различных лабораториях.
Основываясь на среднем зна-
чении, дисперсии и требуе-
мой надежности, централь-
ная лаборатория выставляет
лаборатории данного шта-
та оценку по пятибалльной
шкале. Оценка выставляет-
ся в зависимости от откло-
нения полученного резуль-
тата от среднего значения.
Среднее квадратическое
отклонение зависит от ви-
да испытания и прибора. Ес-
ли результат, полученный
в лаборатории, отличается
от среднего в пределах одно-
го среднеквадратического
отклонения, выставляется
оценка 5, в пределах полу-
тора — оценка 4, в пределах
двух — оценка 3. При оценке
не менее трех баллов данная
лаборатория получает право
на проведение испытаний
в течение одного года.
Кроме того, каждые 18 ме-
сяцев в лабораторию приез-
жает инспектор из централь-
ной лаборатории, который
проверяет приборы (начиная
с термометра), методику ис-
пытаний и ведение записей
в лабораторных журналах
и на компьютерах. Если, на-
пример, показатели свойств
битумной эмульсии, получен-
ные в лаборатории дорожно-
транспортного департамента
штата, отклонились от сред-
них для всех штатов больше
допустимых пределов от-
клонения, эта лаборатория
лишается права работать
с битумными эмульсиями
и департамент будет вынуж-
ден за счет своего бюджета
нанять для этой цели част-
ную лабораторию минимум
на один год.
Аналогично этому цен-
тральная лаборатория штата
проводит аккредитацию ре-
гиональныхлабораторийэто-
го штата и частных лаборато-
рий, претендующих на пра-
во проведения испытаний
и контроля качества. Аккре-
дитация является платной.
Инспектор оценивает разме-
ры помещения лаборатории,
его освещенность, безопас-
ность, обеспеченность во-
дой, электроэнергией, поме-
щениями для приготовления
и хранения образцов и т. д.
Проверяется наличие и со-
стояние оборудования и до-
кументация о его калибров-
ке. Инспектор составляет акт
об имеющихся недостатках
и дает 30 суток на их исправ-
ление. Повторная инспекция
является окончательной. За-
тем в лабораторию посылают
образцы материалов для ис-
пытаний.
Получив результаты, оце-
нивают способность лабора-
тории проводить те или иные
испытания. Результаты испы-
таний, полученные в разных
лабораториях, оценивают
статистическими методами.
Например, в 2004 г. в штате
Висконсин проводилась ак-
кредитация 78 лабораторий.
При испытании одного и то-
го же битума коэффициент ва-
риации (отношение средне-
квадратического отклонения
к среднему значению пока-
зателя) составлял: для вязко-
сти при 135 °C — 4 %, для по-
тери массы после прогрева
при 163 °C — 14 %, для модуля
упругости битума при минус
18 °C — 5 %, для предельно-
го относительного удлине-
ния при разрыве при минус
18 °C — 7 % и т. д. Чтобы быть
аккредитованнойнапроведе-
ние испытаний битума в этом
штате, лаборатория должна
была получить результаты,
отличающиеся от средних
не больше, чем на удвоенные
значения этих коэффициен-
тов вариации.
К персоналу лаборато-
рии предъявляется ряд тре-
бований. Выделены 5 об-
ластей, по которым про-
водится сертификация
техников-лаборантов: ка-
менные материалы, асфаль-
тобетон, цементобетон, на-
сыпь и основание дорожной
одежды, контроль степени
уплотнения в полевых усло-
виях. Каждый из техников-
лаборантов должен сдать
письменный и практический
экзамен. Разрешается 4 по-
пытки сдать письменный эк-
замен в течение полугода.
Затем проводится практиче-
ский экзамен. В частности,
техник, специализирующий-
ся на асфальтобетоне, дол-
жен уметь отобрать образцы
Лицензирование инженеров
Профессия, называемая в США civil engineer (в букваль-
ном переводе «гражданский инженер»), охватывает широ-
кий круг специальностей: проектирование, строительство
и эксплуатация зданий, гидротехнических и транспортных
(дороги, мосты, порты, аэродромы) сооружений, инженер-
ных сетей, трубопроводов и газопроводов, а также пла-
нировка городской застройки, организация и управление
движением транспортных средств. Однако после оконча-
ния университета и получения диплома по специально-
сти civil engineer молодой специалист еще не имеет права
самостоятельно проектировать и строить перечисленные
сооружения, ему не дано право подписывать чертежи. Он
может работать только под руководством профессиональ-
ного инженера, имеющего лицензию Совета профессио-
нальных инженеров и изыскателей (Board for Professional
Engineers and Land Surveyors) данного штата. Естественно,
зарплата профессионального инженера существенно выше.
Чтобы получить лицензию профессионального инженера,
нужно сдать экзамены. Экзамены принимает Совет про-
фессиональных инженеров данного штата обычно два раза
в год — весной и осенью.
Сначала сдается письменный экзамен по основам инже-
нерного дела (Fundamentals of Engineering): математика,
механика материалов, теоретическая механика, механика
жидкости, основы материаловедения, статика, химия, ком-
пьютеры, электротехника, инженерная экономика, термо-
динамика, этика. Экзамен сдают в течение 8 часов с одним
перерывом. За первые 4 часа необходимо ответить на 120
вопросов, выбрав верный ответ из четырех, либо решить
задачу и указать, какой из предложенных четырех ответов
верен (получается по две минуты на одну задачу или во-
прос). На математику приходится 20 % вопросов и задач,
на статику и электротехнику — по 10 %, на химию — 9 %.
Эта часть экзамена одинакова для всех инженерных спе-
циальностей. Во вторые 4 часа предлагаются 60 вопросов
и задач. Их набор уже зависит от специальности. В част-
ности, для инженера-строителя (civil engineer) предлагают
примерно по 10 % вопросов по компьютерам, гидравлике,
механике грунтов, изысканиям, сопротивлению материа-
лов, строительной механике и транспортным системам.
Пути и способы решения задач во внимание не принима-
ются — ответом считается число, а его правильность про-
веряет компьютер. Не разрешается пользоваться никакими
книгами и справочниками. Четко указан тип карманного
калькулятора, который можно принести с собой. Чтобы
сдать экзамен, нужно дать не менее 70 % (в некоторых шта-
тах 75 %) правильных ответов. Выпускник университета,
имеющий многолетний стаж работы по данной специаль-
ности и рекомендации профессиональных инженеров, мо-
жет быть освобожден от экзамена по основам инженерного
дела и допущен сразу к экзаменам по специальности.
Экзамен по специальности занимает 2 дня. Экзамены
платные. Каждый экзаменуемый сидит за отдельным сто-
лом, имеет принесенный с собой микрокалькулятор разре-
шенного образца, карандаш и бумагу, выданные ему перед
началом экзамена. Разрешено использовать книги.
В первый день сдается основной экзамен, а во второй —
дополнительный. Основной экзамен сдают в течение 8 ча-
сов с одним перерывом. На первые 4 часа предлагается 40
задач, охватывающих 5 областей строительного дела: гео-
техника, окружающая среда, водные ресурсы, проектиро-
вание зданий и сооружений, транспортное строительство.
Этот экзамен призван проверить инженерную эрудицию.
Например, может быть предложена такая задача: «опреде-
лите, каким должен быть минимальный диаметр стального

3. 2 дорожная техника‘05
1 6 4 0
4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США
горячей смеси, определить
содержание в ней битума;
определить истинную плот-
ность асфальтобетона (сумма
масс каменного материала
и битума, деленная на сум-
му их объемов — без учета
объема межзерновых пор;
в США эту величину называ-
ют максимальной теорети-
ческой плотностью асфаль-
тобетона); определить объ-
емную долю воздушных пор
после стандартного уплот-
нения, определить зерновой
состав минерального мате-
риала после экстрагирова-
ния битума; внести необхо-
димые коррективы в приго-
товление смеси и в процесс
ее укладки и уплотнения.
Сдав экзамен, он получает
сертификат, действительный
3 года, но ежегодно должен
проходить однодневный тре-
нировочный курс, знакомясь
с новой информацией в этой
области. Руководитель груп-
пы или лаборатории кон-
троля качества дорожно-
строительных материалов
должен иметь не менее трех
лет опыта работы в этой об-
ласти.
Например, департамент
транспорта штата Калифор-
ния (Caltrans) имеет 12 ре-
гиональных лабораторий,
в которых в 2004 г. работали
32 штатных сертифициро-
ванных контролера качества
в области дорожного строи-
тельства. Они не имеют права
проводить других испытаний
во избежание конфликта ин-
тересов. Всего в штате аккре-
дитовано 243 лаборатории,
из которых 64 принадлежат
департаменту транспорта,
14 — городам и графствам
и 165 являются частными.
Техникам-лаборантам этих
лабораторий на 2004 год бы-
ло выдано 2112 сертифика-
тов, причем один техник (или
инженер) может иметь не-
сколько сертификатов, ска-
жем, один по асфальтобетону,
другой — по каменным мате-
риалам, а третий — по грун-
там.
Большинство частных лабо-
раторий принадлежат строи-
тельным подрядчикам, напри-
мер асфальтобетонным заво-
дам. Вплоть до 1970-х годов
качество контролировал, глав-
ным образом, заказчик, сле-
дя за тем, чтобы средний по-
казатель (например, плотно-
сти) был близок к заданному.
В 1980-х по инициативе штатов
Нью-Джерси и Пенсильвании
в стандартах многих штатов
среднее значение и мера из-
менчивости показателя были
скомбинированы, чтобы оце-
нить уровень качества с помо-
щью коэффициента вариации
и уровня надежности.
Оплату выполненных ра-
бот поставили в зависи-
мость от коэффициента ва-
риации, чтобы уменьшить
разброс толщины, плот-
ности, содержания битума
и других показателей, силь-
но влияющих на долговеч-
ность дорожного покрытия.
Соответственно, подрядчи-
ки стали интенсивно зани-
маться контролем качества,
а заказчики параллельно
контролировали известные
им критические параметры.
Например, в штате Массачу-
сетс асфальтовая группа цен-
тральной лаборатории штата
во главе с к. т. н. Н. Б. Перло-
вой с каждых 20 000 т смеси
отбирала пробу, экстраги-
ровала битум и определяла
его вязкость и пенетрацию,
чтобы контролировать сте-
пень термоокислительного
старения вяжущего во вре-
мя приготовления смеси и ее
хранения в бункере. Скажем,
при вязкости исходного
битума АС-20, равной 200
Па·сек при 60 °C, и его пене-
трации 60·10–1 мм вязкость
битума, экстрагированного
из смеси, не должна превы-
шать 800 Па·сек, а его пене-
трация должна быть больше
50·10–1 мм. В противном слу-
чае даже хорошо уплотнен-
ное покрытие будет недолго-
вечным вследствие старения
битума. Отметим, что добав-
ление значительного количе-
ства старого асфальтобетона
в смесь существенно ослож-
няет контроль этого важного
показателя.
Методы и приборы
для контроля степени
уплотнения грунта
В США насыпи начали
уплотнять послойно с 1925 г.,
чтобы повысить прочность,
уменьшить водопроницае-
мость и последующую осадку
шарообразного якоря для плавучей пристани весом 3 тон-
ны». Задача простая, но для ее решения нужно знать закон
Архимеда, помнить плотность стали и воды, а также фор-
мулу объема шара. И хотя на профессиональном экзаме-
не разрешается пользоваться справочными материалами,
номограммами и принесенными с собой книгами, а также
калькуляторами, в том числе программируемыми, времени
на поиск нужной информации практически нет.
На вторые 4 часа дают 40 задач по избранной специально-
сти. Для инженера-строителя транспортных сооружений
65 % вопросов посвящены транспортному строительству:
транспортные средства и организация движения, геомет-
рическое проектирование и планировка территории, про-
ектирование и строительство земляного полотна и дорож-
ных одежд, безопасность дорожного движения. Еще 15 %
вопросов относятся к грунтоведению и механике грунтов
и дорожных одежд. Наконец, 20 % вопросов предусмотрены
по гидравлике открытых русел, гидрологии и гидрометрии.
Ответ дается в виде числа. На каждую задачу приходится
в среднем 6 минут. Чтобы решать задачи с такой скоро-
стью, нужно хорошо знать стандарты и иметь опыт работы
по специальности.
Дополнительный экзамен проводят применительно к ус-
ловиям данного штата. В Калифорнии он состоит из двух
частей: принципы проектирования с учетом сейсмических
воздействий (50 вопросов на 2,5 часа) и инженерные изы-
скания (50 вопросов на 2,5 часа). На этом экзамене также
разрешается пользоваться книгами, но, имея всего 3 мину-
ты на один вопрос, нужно хорошо знать стандарты, чтобы
пользоваться ими на экзамене.
Чтобы сдать экзамены и получить лицензию профессио-
нального инженера, достаточно набрать 70 баллов — то есть
дать 70 % верных ответов. Специалисты, набравшие высо-
кий балл, например 90 %, попадают в список транспорт-
ного департамента штата и в течение 1 – 2 лет могут быть
приглашены на собеседование с предложением инженер-
ной работы в этом департаменте. Чтобы работать в другом
штате профессиональным инженером, нужно получить ли-
цензию от этого штата.
Если профессиональный инженер допустил ошибку
и в связи с этим на него поступила жалоба, Совет профес-
сиональных инженеров и изыскателей может его оштрафо-
вать или закрыть его лицензию.
Улица в г. Санта-Моника: асфальтобетонное покрытие мирно сосуществует с цемен-
тобетонным.

4. дорожная техника‘05
1 6 5
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАСТРОИТЕЛЬСТВАДОРОЖНЫХПОКРЫТИЙВСША
4
грунта. Однако требования
к степени уплотнения грун-
та к этому времени не были
сформулированы. Поэтому
когда вблизи Лос-Анджелеса
наводнение размыло земля-
ную дамбу, предъявить пре-
тензии к низкому качеству
работ было некому — отсут-
ствовали критерии качества
уплотнения. Под влиянием
этих обстоятельств полевой
инженер бюро водоснабже-
ния г. Лос-Анджелеса Ральф
Проктор (R. R. Proctor) в 1933 г.
предложил метод оценки сте-
пени уплотнения и опублико-
вал несколько статей на эту
тему в журнале «Engineering
News Record». Основные по-
ложения этого метода сохра-
нились в современных нор-
мативных методах оценки
степени уплотнения грунтов,
принятых в разных странах,
в том числе в России.
Степень возможного
уплотнения грунта, прежде
всего, зависит от распределе-
ния его частиц по размерам
и от формы частиц: если в нем
имеются как крупные, так
и мелкие зерна, помещающи-
еся внутри пор между круп-
ными, возможная плотность
увеличивается. Чем боль-
ше механическая работа, за-
траченная на уплотнение,
тем выше достигаемая плот-
ность грунта. Наконец, при
одной и той же затрачен-
ной работе на уплотнение
данного грунта получаемая
плотность зависит от влаж-
ности грунта во время уплот-
нения. Совместное влияние
перечисленных факторов
осложняет оценку степени
уплотнения. По предложе-
нию Проктора, для каждого
грунта сначала в лаборатор-
ных условиях при одинако-
вой для всех грунтов рабо-
те уплотнения выявляют ту
плотность, до которой следу-
ет стремиться его уплотнить
в полевых условиях, а затем
измеряют показатель плот-
ности, достигнутый в поле,
и сравнивают его с получен-
ным в лаборатории.
Проктор предложил ис-
пользовать для оценки
не плотность (влажного)
грунта ρ=M/V (массу единицы
объема грунта), а так называ-
емую плотность скелета грун-
та ρd — массу твердых частиц,
находящихся в единице объ-
ема грунта (по-английски —
dry density — отсюда индекс
d). Это принципиально важ-
но. В самом деле, цель уплот-
нения — сблизить между со-
бой грунтовые зерна так, что-
бы они образовали систему,
хорошо воспринимающую
внешнюю нагрузку. Чем боль-
ше масса зерен в данном объ-
еме грунта, тем теснее рас-
положены зерна и тем лучше
этот грунт укатан.
Масса грунта М состоит
из массы частиц Ms и мас-
сы воды Mw, а масса воздуш-
ных пор Ma пренебрежимо
мала: M=Ms+Mw. Разделив
обе части этого равенства
на объем грунта V, получаем
ρ=ρd·(1+w), где w=Mw/Ms —
влажность, равная отноше-
нию массы воды к массе ча-
стиц. Значит, отобрав обра-
зец грунта определенного
объема и взвесив его, мож-
но найти плотность грунта
ρ=M/V. Затем после высуши-
вания до постоянного веса
находят его влажность и вы-
числяют плотность скелета
грунта по формуле
(1)
Этой формулой непремен-
но пользуются при всех ме-
тодиках контроля степени
уплотнения.
Однако масса частиц, на-
ходящихся в единице объе-
ма грунта, зависит и от плот-
ности материала частиц,
которая может изменяться
в пределах ρs=2,0 – 3,3 г/см3
в зависимости от минера-
логического состава грун-
тов, но обычно составляет
ρs=2,5 – 2,8 г/см3. Очевидно,
что объем грунта состоит
из объема твердых частиц
Vs, воды Vw и воздушных пор
Va: Vs+Vw+Va=V. Так как объ-
емная доля частиц в грунте
равна Vs/V=ρs/ρd, а объемная
доля воды равна Vw/V=ρd/ρw,
то получается следующая за-
висимость плотности скеле-
та грунта ρd от средней плот-
ности материала его частиц
ρs, влажности w, а также объ-
емной доли воздушных пор
ca=Va/V:
(2)
где ρw — плотность воды
(около 1 г/см3)
При одной и той же сте-
пени уплотнения для грунта
с более «тяжелыми» части-
цами плотность скелета ρd
будет больше. В связи с этим
было бы удобнее принять
в качестве меры плотно-
сти сложения частиц грунта
не плотность скелета, а объ-
емную долю частиц в грунте,
равную ρd/ρs, но по традиции
продолжают использовать
плотность скелета грунта ρd.
Физически процесс уплот-
нения состоит в вытеснении
Недавно уложенное асфальтобетонное покрытие на городской улице. Поперечный профиль поверхности покрытия представляет
собой не отрезок прямой, как в России, а выполнен в виде квадратной параболы для увеличения скорости стока дождевой воды
в боковую канаву, выполненную вместе с бортовым камнем в монолитном цементобетоне.

5. 2 дорожная техника‘05
1 6 6 0
4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США
воздуха из грунта. Вода при
уплотнении укаткой, трам-
бованием или вибрацией
не успевает отжаться из зоны
контакта между частицами,
поскольку для ее фильтра-
ции сквозь тонкие поры тре-
буется определенное время.
Работа уплотнения уходит
на преодоление трения меж-
ду частицами и их перемеще-
ние. Пока влажность грунта
мала, добавление в него воды
облегчает перемещение ча-
стиц относительно друг дру-
га и способствует их более
тесной укладке при той же за-
траченной работе. В резуль-
тате с увеличением содержа-
ния воды в образце грунта
до определенного предела
плотность скелета увеличи-
вается. При этом в грунте су-
ществует связанная система
воздушных пор, сообщаю-
щихся с атмосферой, объем
которых постепенно убывает
при вытеснении воздуха в ат-
мосферу. Но при чрезмерной
влажности смазывающий эф-
фект уже не увеличивается,
а вода препятствует сбли-
жению частиц. В итоге зави-
симость плотности скелета
от влажности грунта имеет
максимум (рис. 1). Дальней-
шее увеличение влажности
приводит не к сближению ча-
стиц, а к их раздвижке водой.
Находящиеся в ней пу-
зырьки воздуха замкнуты, т. е.
не связаны между собой и не
сообщаются с атмосферой.
Поэтому при одинаковой за-
траченной на уплотнение
механической работе наи-
больший эффект уплотнения
получается при некоторой
оптимальной влажности wopt,
которой соответствует мак-
симальная плотность скелета
грунта ρd max. Эти понятия бы-
ли введены Р. Проктором.
Процедура лаборатор-
ного испытания по Прокто-
ру состоит в том, что грунт
уплотняют ударами падаю-
щего груза в металлическом
стакане при разных влаж-
ностях и находят оптималь-
ную влажность стандартного
уплотнения и соответствую-
щую ей максимальную плот-
ность скелета грунта при
стандартном уплотнении.
Приведенные на рис. 1 дан-
ные соответствуют стандарт-
ному уплотнению по Прокто-
ру: диаметр металлического
стакана 10 см, образец уплот-
няется в 3 слоя толщиной
по 4 см каждый, груз массой
2,5 кг сбрасывают 25 раз с вы-
соты 30,5 см, испытания про-
ведены при пяти различных
влажностях грунта. При этом
диаметр плоского основания
трамбовки равен 5 см, т. е. он
вдвое меньше диаметра ста-
кана с образцом грунта.
Это принципиально важ-
но, поскольку после каждого
удара груз смещают по кругу,
и последующий удар наносят
по новому месту. При этом
обеспечиваетсявозможность
возникновения в грунте
сдвиговых деформаций, мо-
делирующих условия уплот-
нения в поле. Удары равно-
мерно распределены по по-
верхности образца. Отметим,
что Н. Н. Иванов и М. Я. Теле-
гин, разработавшие на осно-
ве метода Проктора стандарт
для СССР (переизданный
в ГОСТ 22733 – 77), внесли,
к сожалению, изменение —
диаметр трамбовки приня-
ли равным внутреннему диа-
метру стакана. Это повлекло
за собой изменение схемы
нагружения — образец нахо-
дится в условиях однородно-
го напряженного состояния
без возможности сдвиговой
деформации с боковым вы-
пором грунта.
Описанный метод уплот-
нения по Проктору норми-
рован и в настоящее время
в AASHTO T 99 – 94. Примеру
на рис. 1 соответствует сред-
няя плотность частиц грун-
та ρs=2690 кг/м3, оптимальная
влажность wopt=0,132 (13,2 %),
максимальная плотность ске-
лета при стандартном уплот-
нении ρd max= 1890 кг/м3. При
влажностях меньших опти-
мальной, на левой восходящей
ветви кривой (так называемая
сухая ветвь) в грунте существу-
ет сообщающаяся с атмосфе-
ройсистемасвязанныхвоздуш-
ных пор. Напротив, в грунте,
уплотненном при влажности
выше оптимальной (так назы-
ваемая влажная ветвь кривой),
существует гидравлически не-
прерывная поровая вода, вну-
три которой имеются воздуш-
ные пузырьки. При оптималь-
ной влажности происходит
переход от системы сообщаю-
щихся между собой и с атмос-
ферой воздушных пор к систе-
ме сообщающихся пор, запол-
ненных водой. В данном при-
мере этот переход происходит
приобъемнойдолевоздушных
пор ca=0,0475 (4,75 %), что не-
трудно проверить по формуле
(2). В правой верхней части рис.
1 показан отрезок пунктирной
кривой, построенный по фор-
муле (2) при ca=0 для идеально-
го случая отсутствия воздуш-
ных пор в уплотненном грунте.
Получается, что в данном слу-
чае после стандартного уплот-
нения при оптимальной влаж-
ности твердые частицы зани-
мали (1890/2690)·100=70,30 %
объема грунта, вода
0132·1890/1000=24,95 % и воз-
дух 4,75 %.
Максимальная плотность
скелета, найденная при стан-
дартном уплотнении, и яв-
ляется той величиной, в за-
висимости от которой необ-
ходимая степень плотности
грунта нормируется, задает-
ся в проекте и контролирует-
ся при строительстве. В зави-
симости от вида сооружения,
глубины расположения слоя
грунта и условий его работы
необходимую плотность ске-
лета задают равной 95 – 100 %
от максимальной стандарт-
ной. Для экономии энергии
и с целью предотвращения
возможного снижения плот-
ности скелета грунта в про-
цессе эксплуатации доро-
ги под влиянием природ-
ных факторов стремятся его
уплотнять при влажности
близкой к оптимальной wopt.
Во время Второй мировой
войны корпус военных ин-
Рис. 1. Зависимость плотности скелета грунта от влажности, получаемая при стан-
дартном уплотнении.

6. дорожная техника‘05
1 6 7
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАСТРОИТЕЛЬСТВАДОРОЖНЫХПОКРЫТИЙВСША
4
женеров США, применяя ме-
тод Проктора при строитель-
стве дорог и аэродромов,
внес изменения в массу груза
и высоту его падения, стре-
мясь повысить требуемую
плотность. Масса груза была
увеличена до 4,54 кг, высота
падения до соприкоснове-
ния с поверхностью слоя —
до45,7 см,числослоев—до5.
С увеличением работы плот-
ность скелета увеличивает-
ся, а оптимальная влажность
уменьшается. На рис. 2 пока-
зано влияние изменения ко-
личества ударов от 25 до 50
на кривую уплотнения. Точки
максимума плотности скеле-
та лежат на пунктирной кри-
вой, примерно параллельной
теоретической кривой, со-
ответствующей нулевой воз-
душной пористости. В даль-
нейшем вносились другие
изменения, отраженные
в действующем стандарте T
180–93. В частности, диаметр
уплотняемого образца, масса
груза, число и толщина сло-
ев, а также число ударов бы-
ли поставлены в зависимость
от максимальной крупности
зерен. Заказчики имеют пра-
во выбора между стандарта-
ми Т 99–94 и T 180–93.
При контроле в полевых
условиях определяют плот-
ностьгрунтаρиеговлажность
w, рассчитывают по формуле
(1) плотность скелета грунта ρd
и, сравнив ее с максимальной
стандартной, судят о каче-
стве производства работ. Бы-
ло предложено много прибо-
ров для полевого определе-
ния плотности и влажности
грунта. Рассмотрим вкратце
наиболее распространенные
из них. По-прежнему исполь-
зуют метод отбора цилиндри-
ческого образца известного
объема вдавливанием в зем-
ляное полотно пробоотбор-
ника с режущей кромкой, ес-
ли грунт достаточно связный,
чтобы извлечь образец. Дру-
гим широко распространен-
ным методом является испы-
тание «по методу замещения
песком», при котором в уплот-
ненном слое грунта выбури-
вают образец диаметром при-
мерно 10 см и глубиной 15 см.
Образец грунта извлекают
из шурфа и взвешивают. За-
тем, заполняя шурф песком,
определяют его точный объ-
ем. Зная плотность засыпан-
ного песка и измеряя его за-
сыпаемое количество, рассчи-
тывают объем шурфа. Исходя
из массы извлеченного мате-
риала и объема шурфа, опре-
деляют плотность грунта.
Эти полевые методы опре-
деления плотности влажно-
го грунта весьма трудоемки
Система дорожных стандартов
Нормативно-технические документы, регламентирую-
щие строительные и эксплуатационные свойства материа-
лов и конструкций, являются основой системы контроля
качества. Принципы стандартизации этих свойств в США
как в федеративном государстве в большой мере определя-
ются системой законодательных и финансовых отношений
между правительством страны и правительствами штатов.
По поручению конгресса большинством правительст-
венных дорожных программ руководит Федеральная До-
рожная Администрация США (FWHA), представляющая
собой правительственное агентство. Его роль в обеспече-
нии высокого уровня качества дорог определяется сис-
темой финансовых отношений между федеральным пра-
вительством, штатами и графствами (округами) данного
штата. Федеральная администрация имеет ряд источников
финансирования, важнейшим из которых является прави-
тельственный фонд строительства дорог. Он на 88 % скла-
дывается из налога на бензин — каждый водитель, заправ-
ляя автомобиль горючим, фактически платит в этот фонд
18 центов за один галлон бензина или дизельного топлива
(4,75 цента за литр). При этом размер налога на горючее
не изменяется с изменением цен на нефтепродукты. При
ценах 2004 г. он составляет примерно 7 % стоимости горю-
чего. В этот же фонд поступает налог на покупку грузовых
автомобилей и шин для них. В бюджеты штата и графств
деньги поступают за счет налогов на продажу, на недвижи-
мость и т. д.
На дороги федерального значения штат получает деньги
от правительства пропорционально доле общего протяже-
ния таких дорог на территории этого штата; деньги на го-
родские улицы и дороги — пропорционально численности
городского населения. При этом штат должен на деле по-
казать свою заинтересованность: правительство США фи-
нансирует строительство автомобильных дорог в штатах
в соотношении 1:4, то есть на 1 вложенный доллар из бюд-
жета штата выделяется 4 доллара из федерального бюдже-
та. Аналогично, правительства штатов выделяют средства
на дороги графства в соотношении 1:3. Деньги, выделенные
штату правительством страны, рекомендуется примерно
на 75 % израсходовать на ремонт и реконструкцию сущест-
вующих дорог и 25 % — на строительство новых.
Законодательно закрепленная система отношений между
федеральным правительством и правительствами штатов
отразилась на организации системы стандартов на дорож-
ное строительство и, соответственно, методов обеспечения
его качества. Следует подчеркнуть, что в США нет общего-
сударственных, имеющих силу закона, дорожных стандар-
тов типа российских Строительных Норм и Правил. Хотя
федеральные нормативы имеются, они носят рекоменда-
тельный характер и обычно издаются Американской ассо-
циацией дорожных и транспортных представителей шта-
тов (AASHTO). Каждый штат имеет своих представителей
в этой ассоциации, которая организует подготовку данного
стандарта.
Скажем, проектирование плана и профиля автомобиль-
ных дорог следует изданному AASHTO нормативному до-
кументу «Политика геометрического проектирования до-
рог и улиц» (1994). В этой книге 1006 страниц, на которых
изложены и обоснованы общие инженерные принципы
проектирования, однако она носит рекомендательный, а не
законодательный характер. Числовые значения параметров
не заданы жестко, а зависят от уровня сервиса, который
требуется обеспечить (есть 5 уровней сервиса), от категории
дороги и, к тому же, могут быть разными в разных штатах
и городах. Скажем, максимальный продольный уклон за-
Рис. 2. Зависимость плотности скелета грунта от влажности при различной работе
уплотнения.

7. 2 дорожная техника‘05
1 6 8 0
4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США
и требуют больших затрат
времени. Не лучше обсто-
ит дело с и полевым опре-
делением влажности. Так
как влажность выражается
в процентах по массе сухого
грунта, пробу грунта на влаж-
ность приходится высуши-
вать, причем при темпера-
туре не выше 105 °C, чтобы
не выжигались органические
вещества, входящие в состав
некоторых частиц. В лабора-
торных условиях для этого
издавна используется специ-
альная электрическая печь,
и в зависимости от свойств
грунта может потребовать-
ся высушивание до посто-
янного веса в течение не-
скольких часов. В полевых
лабораториях используют
электропечи с форсирован-
ным режимом высушивания,
микроволновые печки либо
выжигание высушиванием
в горящем спирте с после-
дующим внесением попра-
вок. Такими путями удается
сократить время высуши-
вания до 30 – 45 мин. Опера-
ционный контроль не по-
спевает за строительством,
и приходится ограничивать-
ся небольшим количеством
образцов.
Как вспомогательное сред-
ство, применяют портатив-
ный пружинный пенетрометр
Проктора с набором игл раз-
личного диаметра для грун-
тов разной крупности. Из-
меряемое пружинным дина-
мометром сопротивление
пенетрации зависит как от
плотности, так и от влажно-
сти, но если плотность найде-
на другим методом, то можно
оценить влажность, для че-
го требуется предваритель-
ная калибровка при разных
плотностях. В результате по-
лучили применение полевые
комплекты, в которых соче-
таются разные методы, типа
распространенного в Рос-
сии прибора Ковалева, раз-
работанного 50 лет назад
висит от типа местности и при проектной скорости 110 км/ч
рекомендуется 5 %, а при проектной скорости 50 км/ч мак-
симальный уклон будет 8 %. Но при коротком участке его
можно увеличить. Например, недавно департамент обще-
ственных работ Лос-Анджелеса при проверке проектной
документации потребовал доказать, что пожарная машина
преодолеет запроектированный уклон 16 % на дороге с ас-
фальтобетонным покрытием, и согласовал проект только
после того, как затребованные доказательства были пред-
ставлены. В отличие от российских ПДД, в США отсутству-
ет установленная для всей страны максимальная скорость
дорожного движения. Например, в Калифорнии установле-
на максимальная скорость на загородных дорогах 65 миль
в час (104 км в час), а на недавно построенных участках,
с параметрами, отвечающими дорогам междуштатного
значения, — 70 миль в час (112 км в час). В округе Колумбия
(в котором находится столица США г. Вашингтон) макси-
мальная разрешенная скорость 50 миль в час, а в Аризоне,
Колорадо, Небраске, Оклахоме, Висконсине и Вайоминге —
75 миль в час.
Каждый штат издает свой сборник дорожных стандартов.
Эти сборники имеют примерно одинаковую структуру: об-
щие положения, земляные работы, основания и дополни-
тельные основания, покрытия, строительные конструкции,
дренажные устройства, полоса отвода, разметка и строи-
тельные материалы. В сборнике стандартов описывается
все самое нужное, от порядка заключения контракта и по-
рядка оплаты до требуемых показателей свойств вяжущих,
каменных материалов и грунтов.
При проектировании дорог руководствуются нормати-
вами, принятыми в данном штате. Но если дорога или ули-
ца, проходящая в районе частной застройки, должна быть
после окончания строительства передана для ремонта и со-
держания графству, преимущество имеют нормы проекти-
рования и строительства, утвержденные в этом графстве.
Их соблюдение будет тщательно проверяться как на стадии
проектирования, так и во время строительства не только
подрядчиком и заказчиком, но и контролерами Департа-
мента общественных работ данного графства.
В США не существует единых для всей страны стандар-
тов, подобных ГОСТ 9128 – 97 «Смеси асфальтобетонные до-
рожные, аэродромные и асфальтобетон», изданному в виде
брошюры объемом менее 30 страниц. Имеются стандарты
AASHTO и ASTM (Ассоциации испытаний и материалов),
в которых описываются различные методы проектиро-
вания составов асфальтобетонной смеси (по Хвиму, Мар-
шаллу или системе Суперпейв), а также различные методы
испытания смесей и их компонентов.
AASHTO выпускает два тома дорожных стандартов, ка-
ждый толщиной свыше 800 страниц большого формата.
В первом детально описываются различные методы отбо-
ра образцов и их испытания, а во втором даются нормы,
которым должны удовлетворять смеси и их компоненты
при различных методах проектирования состава смесей.
Стандарты на смеси, их компоненты и методы испытаний
связаны перекрестными ссылками. В стандартах ASTM
дорожному строительству посвящен том 04.03 «Дорога
и дорожно-строительные материалы. Система автомобиль-
дорога» объемом 800 страниц. Поэтому автору статьи пока
не удалось выполнить просьбу российских и украинских
коллег прислать «американский ГОСТ на асфальтобетон».
О достоинствах такой системы стандартов можно спорить.
Лично автору более привычно иметь под рукой краткий
стандарт-брошюру, распространяющийся на всю страну,
однако гибкость американской системы стандартизации
имеет много достоинств. Еще более разнообразны приме-
няемые методы проектирования и оценки состояния до-
рожных одежд.
Рис. 3. Типичные кривые плотность-влажность, разработанные с целью опреде-
ления оптимальной влажности и максимальной плотности скелета по
результатам испытания одного образца грунта.

8. дорожная техника‘05
1 6 9
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАСТРОИТЕЛЬСТВАДОРОЖНЫХПОКРЫТИЙВСША
4
Н. П. Ковалевым на кафедре
дорожно-строительных ма-
териалов Киевского автодо-
рожного института.
Для определения влаж-
ности грунта независимо
от его плотности был разра-
ботан прибор, в котором ис-
пользована реакция хлори-
стого кальция с водой, про-
дуктом которой является
ацетилен. Измерив давление
ацетилена, можно опреде-
лить влажность в течение
5 минут, но при испытании
глинистого грунта он должен
быть тщательно измельчен
во избежание ошибки. Ме-
тодика нормирована в стан-
дарте AASHTO T 217. Образец
грунта массой не более 20
грамм помещают в камеру
с манометром. Портативные
приборы с таким принципом
работы, например, S-242 (The
Speedy® Moisture Testing Kit)
широко используют в настоя-
щее время.
Была предпринята
успешная попытка сокра-
тить необходимое время
для определения плотности
и влажности грунта за счет
проведения большой пред-
варительной подготовитель-
ной работы и комбинирова-
ния разных методов. Много
лет такие работы проводили
в транспортном департамен-
те штата Огайо, затем его при-
меру последовали Индиана,
Вайоминг и некоторые дру-
гие штаты. В Огайо еще в до-
военные годы были подвер-
гнуты стандартному уплотне-
нию 1500 различных грунтов,
а к 1949 году — 10000 грунтов.
Обработав эти данные, по-
строили семейство из 26 ти-
пичных кривых «плотность
грунта — влажность грунта»
(рис. 3), охватывающих очень
широкий диапазон свойств
грунтов: плотность грунтов
былаот1550 кг/м3до2420 кг/м3,
оптимальная влажность из-
менялась от 6,6 % до 32,5 %,
а соответствующая ей макси-
мальная плотность скелета —
от 1299 до 2271 кг/ м3. После
этого было предложено опре-
делять оптимальную влаж-
ность и максимальную плот-
ность скелета, испытав всего 1
образец вместо обычных 5 – 6,
т. е. благодаря проведенным
исследованиям трудоемкость
сократилась минимум в 5 раз.
Например, испытав
в лаборатории образец грунта
с влажностью 19 %, после стан-
дартного уплотнения получи-
ли плотность грунта 1904 кг/м3.
Отложив эти данные на рис. 3,
получаем точку, попадающую
посредине между кривыми
P и R в верхней части рисун-
ка. Через эту точку проходила
бы кривая, соответствующая
данному грунту. Проводим
через эту точку отрезок кри-
вой параллельно кривым P
и R. Из таблицы, приведенной
на этом же рисунке, находим,
что максимуму проведенной
кривой отвечают примерно
средние значения максималь-
ной плотности скелета и опти-
мальной влажности между
таковыми для этих кривых:
максимальная плотность ске-
лета — 1620 кг/м3 и оптималь-
ная влажность — 20,9 %. Этот
метод нормирован в стандарте
AASHTO T 272 – 86, переиздан-
ном в 1995 г, и назван «Семей-
ство кривых — одноточечный
метод Проктора». На практике
его используют в комбинации
с полевым испытанием грунта
портативным пенетрометром.
Кривые зависимости сопро-
тивления пенетрации от влаж-
ности для различных грун-
тов показаны в нижней части
рис. 3. Благодаря сочетанию
этих методов удается добить-
ся приемлемой скорости кон-
трроля степени уплотнения
земляного полотна.
Об объеме работ при кон-
троле качества уплотнения
можно судить по примеру
требований департамента
общественных работ г. Ко-
лумбус (штат Огайо): для вы-
соких насыпей — одно ис-
пытание на 380 кубометров
грунта; земляное полотно —
одно испытание на 830 м2;
щебеночное или гравийное
основание на 200 м2; обрат-
ная засыпка подпорной стен-
ки или траншеи — через каж-
дые 15 м.
Широкое распространение
при полевом контроле каче-
ства получили методы ради-
оизотопных измерений плот-
ности и влажности грунта.
Они основаны на использо-
вании закономерностей вза-
имодействия гамма- и ней-
тронного излучений с элек-
тронами и ядрами атомов
вещества. Принцип действия
Стандарты AASHTO и ASTM на методы испытаний до-
рожно-строительных материалов обновляются почти еже-
годно. Целесообразность обновления решает комиссия
AASHTO, в которую входят представители всех штатов.
Комиссия собирается два раза в год. Каждый штат имеет
лабораторию испытания дорожно-строительных материа-
лов, и в этой лаборатории есть инженер по исследованию
материалов, зачастую имеющий ученую степень. Он пред-
лагает изменения и рецензирует предложения представи-
телей других штатов.
Часто выбор метода проектирования состава асфальто-
бетонной смеси зависит от заказчика. Например, в Кали-
форнии, как правило, используют метод Ф. Хвима (Fransic
Hveem), разработанный в этом штате. Ряд штатов, а также
заказчики аэродромных покрытий предпочитают метод
Б. Маршалла (Bruce Marshall), а в большинстве штатов сей-
час переходят на проектирование состава асфальтобетон-
ной смеси по новой системе Суперпейв. Это справедливо
и для методов проектирования состава цементобетонной
смеси. Поэтому хорошая лаборатория, занимающаяся кон-
тролем качества, должна иметь оборудование и приборы
для проведения испытаний по различным методам.
Участок фривея Сан-Диего — Сакраменто: как и большинство других дорог этого
класса в Калифорнии, он имеет цементобетонное покрытие. Разрешенная ско-
рость — до 65 миль в час (104 км/ч). По опыту водителей, нет опасности быть
оштрафованным при скорости до 85 миль в час (136 км/ч), но не рекомендуется
ехать медленнее 45 миль в час (72 км/ч).

9. 2 дорожная техника‘05
1 7 0 0
4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США
таких приборов известен
в России (ГОСТ 23061 – 90).
Источник излучает гамма-
лучи и быстрые нейтроны.
Гамма-излучение частично
отражается в зависимости
от плотности материала, че-
рез который проходит, а по-
ток быстрых нейтронов за-
медляется на атомах водоро-
да, т. е. тем больше нейтронов
замедляется, чем выше влаж-
ность грунта. Плотности рас-
сеянного либо ослабленного
потока гамма-квантов и плот-
ность потока замедленных
нейтронов, прошедших меж-
ду источником и детекто-
ром, измеряются счетчиком
Гейгера-Мюллера. Кроме то-
го, при упругом рассеянии
коротковолнового излуче-
ния (каким является гамма-
излучение) длина волны уве-
личивается (эффект А. Ком-
птона), что фиксирует детек-
тор.
В зависимости от способа
измерений используют глу-
бинную или поверхностную
схему измерения. При глу-
бинной схеме небольшую
капсулу с источником излу-
чения (цезий-137 или аме-
риций-241) опускают в сква-
жину, которую просто про-
давливают металлическим
стержнем, а прибор со счет-
чиком находится на поверх-
ности. Эта схема применяет-
ся для измерения плотности
и влажности в слое грунта
толщиной от 5 до 30 см. Ес-
ли достаточно ограничиться
глубиной 10 см, капсула с ис-
точником и счетчик находят-
ся на поверхности. В этом
случае прибор можно пере-
возить по поверхности грун-
та и измерения ведут практи-
чески непрерывно.
Наиболее распространен-
ные приборы — Troxler серии
3400 – 3440. Компания Troxler
Electronics Laboratories на-
чала производить приборы
для радиоизотопных измере-
ний в 1958 г. Первые приборы
были громоздкими, требова-
ли подключения к источни-
ку переменного тока, имели
проблемы с радиационной
защитой, и поэтому опера-
тор должен был записывать
показания на некотором рас-
стоянии от прибора. С тех
пор Troxler значительно усо-
вершенствовала свои прибо-
ры и в настоящее время яв-
ляется лидером в этой обла-
сти в США. Приборы требуют
периодической калибровки
(по рекомендации фирмы-
изготовителя — ежегодной),
но в разных штатах нормиро-
ваны гораздо более короткие
сроки. О точности можно су-
дить по таким данным. При
глубинном методе определе-
ния плотности для слоя грун-
та толщиной 15 сантиметров,
имеющего плотность око-
ло 2000 кг/м3, погрешность
составляет ±6,8 кг/м3, если
отсчет берется через 15 с,
±3,4 кг/м3, если через 1 мину-
ту, и ±1,7 кг/м3 — через 4 мин.
При поверхностном методе
погрешность в 3 раза боль-
ше, поскольку при обратном
рассеивании угол рассеива-
ния гамма-квантов больше.
Аналогично, при определе-
нии влажности в слое грун-
та толщиной 15 см, содер-
жащего воды 250 кг/м3, аб-
солютная погрешность со-
ставляет ±10,3 кг/м3, если
отсчет берется через 15 сек,
±5,1 кг/м3 — если через 1 ми-
нуту, и ±2.4 кг/м3 — через
4 мин. Итак, чем быстрее ве-
дутся измерения, тем выше
погрешность, но надо при-
знать, что она невелика.
Практики рекомендуют двух-
минутные отсчеты.
Модели Troxler 3430 и 3440
пригодны как для измерения
плотности-влажности грун-
та, так и для контроля плот-
ности щебня, асфальтобетона
и цементобетона. Они снаб-
жены автоматическим датчи-
ком глубины и программным
обеспечением. С помощью
имеющейся на них клавиа-
туры можно ввести номера
1000 точек, сохранить ре-
зультаты измерений и при-
мечания к ним, чтобы затем
сбросить их на компьютер
в виде текста либо в виде
электронных таблиц для бы-
строй обработки типа Excel,
Lotus и др. Питание осущест-
вляется заряжаемыми бата-
реями, рассчитанными на 180
часов работы. Масса прибора
в сборе — 14 кг, стоимость —
5 – 6 тысяч долларов.
На совершенно ином
принципе основаны датчи-
ки влажности, измеряющие
диэлектрическую проницае-
мость грунта. В основу ради-
оволновых методов опреде-
ления комплексной диэлек-
трической проницаемости
материалов положено изме-
рение амплитуды и фазы про-
шедшей через диэлектрик
или отраженной от него вол-
ны. Первые датчики такого
типа для измерения влажно-
сти грунтов в США появились
в середине 1980-х после се-
рии статей, опубликованных
G. C. Topp, F. N. Dalton и други-
ми авторами. Схема работы
прибора показана на рис. 4.
Электромагнитный импульс
проходит между двумя вил-
кообразными металлически-
ми электродами, погружен-
ными в грунт на расстоянии
примерно одного метра друг
от друга. Отраженный сиг-
нал — форма волны колеба-
ния анализируется для опре-
деления диэлектрической
проницаемости среды, в ко-
торую погружены электро-
ды. Эту группу методов изме-
рения называют в США Time
Domain Reflectometry (TDR).
Испускаемый электромаг-
нитный импульс отражается
и анализируется для опреде-
ления комплексной диэлек-
трической проницаемости
среды, в которой он распро-
страняется. Диэлектрическая
проницаемость характеризу-
ет, во сколько раз сила взаи-
Рис. 4. Прибор для определения влажности грунта путем измерения его диэлек-
трической проницаемости.

10. дорожная техника‘05
1 7 1
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАСТРОИТЕЛЬСТВАДОРОЖНЫХПОКРЫТИЙВСША
4
модействия двух электриче-
ских зарядов в среде меньше,
чем в вакууме. Если принять
диэлектрическую проницае-
мость (абсолютную величину
комплексной диэлектриче-
ской проницаемости) возду-
ха за единицу, то относитель-
ная диэлектрическая прони-
цаемость материала частиц
сухого грунта будет нахо-
диться в пределах 3 – 5 прак-
тически независимо от его
минералогического и гра-
нулометрического состава,
а диэлектрическая проницае-
мость воды — 80. Поэтому из-
меряемая диэлектрическая
проницаемость влажного
грунта — очень чувствитель-
ная величина, отражающая
его влажность. Приведен-
ные значения характерны
для электромагнитных ко-
лебаний с частотой поряд-
ка 100 МГц — 1 ГГц. G. C. Topp
экспериментально исследо-
вал ряд грунтов и установил
эмпирическую зависимость,
связывающую диэлектриче-
скую проницаемость грунта
и его влажность (рис. 5) с по-
грешностью 0,013 от объема
воды в грунте для всех испы-
танных им грунтов. Напри-
мер, при измеренной отно-
сительной диэлектрической
проницаемости |ε*|=6 вода
занимает 10 % объема грун-
та, а при |ε*|=25 – 40 % объема
грунта.
В середине 1990-х при-
боры, основанные на этом
принципе, стали появляться
на рынке по цене лишь не-
много выше радиоизотоп-
ных. Их преимущество со-
стоит в радиационной без-
опасности и, как следствие,
возможности легче получить
лицензию на работу с ни-
ми. Кроме того, не требуют-
ся специалисты, следящие
за безопасностью работы,
состоянием капсул с источ-
ником излучения и т. д. К на-
стоящему времени эти при-
боры стали намного более
точными и удобными благо-
даря разработке алгоритмов
и программного обеспече-
ния для анализа формы элек-
тромагнитных волн — все
ручные операции после взя-
тия отсчетов исключены.
Недостатком приборов,
основанных на методе TDR,
является чувствительность
их показаний к температуре.
В последних исследованиях,
опубликованных по этому
вопросу, это объясняют на-
личием в грунте связанной
воды. С повышением темпе-
ратуры часть связанной во-
ды переходит в свободное
состояние, т. е. ее взаимо-
действие с поверхностью ча-
стиц грунта ослабляется. По-
скольку количество свобод-
ной воды оказывает боль-
шое влияние на измеряемую
диэлектрическую проницае-
мость грунта, даже неболь-
шое изменение ее содержа-
ния приводит к погрешно-
сти. По той же причине грунт,
содержащий много мелких
частиц, имеющих большую
удельную поверхность и по-
этому «связывающих» воду,
оказывается более чувстви-
тельным к изменению тем-
пературы при определении
его диэлектрической прони-
цаемости. Напротив, диэлек-
трическая проницаемость
сухого грунта практически
совсем не зависит от его зер-
нового состава. Поэтому ес-
ли раньше компании, выпу-
скающие приборы, основан-
ные на TDR, подчеркивали
универсальность калибро-
вочной кривой, приведен-
ной на рис. 5, и утверждали,
что прибор вообще не тре-
бует калибровки, то теперь
на практике приходят к вы-
Рис. 5. Типичная калибровочная кривая зависимости между объемной долей во-
ды в грунте и его диэлектрической проницаемостью.
Очертание бортового камня на пешеходной дорожке. Слева на бетонном тротуаре видна профрезерованная ребристая полоса,
позволяющая слепому палкой нащупать начало спуска к пешеходной дорожке на перекрестке.

11. 2 дорожная техника‘05
1 7 2 0
4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В США
воду, что лучше калибровать
прибор для разных темпера-
тур и грунтов, чтобы повы-
сить его точность измерения
влажности.
О приборах для контроля
качества дорожных
покрытий
Спектр работ, посвящен-
ных контролю качества стро-
ительства дорожных покры-
тий, очень широкий и плот-
ный. Здесь возможно рас-
смотреть лишь некоторые
аспекты этой важной пробле-
мы.
Методы и принципы оцен-
ки степени уплотнения ас-
фальтобетона во многом
сходны с только что рассмо-
тренными для грунтов. Вме-
сте с тем, вопрос об опера-
тивном измерении плотности
для асфальтобетонных по-
крытий гораздо более актуа-
лен, поскольку смесь быстро
остывает и скорость измере-
ний выходит на первый план.
В США используют не-
сколько показателей сте-
пени уплотнения асфаль-
тобетонной смеси. Первый
основан на пробной укатке
опытного участка на месте
производства работ. Укатав
опытную полосу («test strip»)
при различном числе про-
ходов по ширине, выбира-
ют участок с нужной степе-
нью уплотнения, принимают
плотность материала покры-
тия на этом участке за 100 %,
а затем во время работы
стремятся обеспечить плот-
ность укатываемой смеси, на-
пример, не менее 98 % от это-
го значения. Второй широко
используемый показатель
основан на приготовлении
образцов в полевой лабо-
ратории и в использовании
плотности лабораторного
образца или определенно-
го процента этой плотности
в качестве целевой плотно-
сти укатываемой смеси. Та-
кой же показатель использу-
ется в России (коэффициент
уплотнения). При использо-
вании второго показателя
имеет значение, какой метод
применялся для проектиро-
вания состава смеси, скажем,
по методу Маршалла смесь
уплотняют ударной нагруз-
кой (как грунт по Проктору),
по методу Хвима смесь шты-
куют стальным стержнем,
а затем прессуют с помощью
стального сектора; по систе-
ме Суперпейв образец смеси
формуют на приборе враща-
тельного уплотнения. Стан-
дарт ASTM D 2041 рекомен-
дует третий показатель сте-
пени уплотнения: отношение
плотности асфальтобетона,
полученной в поле, к истин-
ной плотности асфальтобе-
тона, называемой в США «те-
оретической плотностью»
или плотностью по Д. Райсу
(J. Rice), которая представля-
ет собой отношение массы
неуплотненной смеси к ее
объему (объему вытеснен-
ной смесью жидкости). Та-
ким образом, «теоретическая
плотность» — это суммарная
масса каменного материала
и битума, деленная на их сум-
марный объем, т. е. плотность
двухфазной системы, не име-
ющей воздушных пор. Следо-
вательно, отношение плот-
ности асфальтобетона, по-
лученной в поле, к истинной
плотности асфальтобетона,
непосредственно характери-
зует воздушную пористость
смеси. Скажем, если это отно-
шение равно 95 %, то в уплот-
ненной смеси содержится
5 % пор по объему. Третий
показатель считается самым
объективным и наглядным.
Все три показателя степени
уплотнения требуют опреде-
ления достигнутой плотно-
сти в полевых условиях.
В США многие специалисты
в области технологии асфаль-
тобетона считают, что смесь
плотного зернового соста-
ва следует проектировать
иуплотнятьтак,чтобыобеспе-
чить в течение как минимум
половины срока службы воз-
душную пористость асфальто-
бетона больше 2, но меньше
8 процентов. При пористости
свыше 8 % коэффициент филь-
трации резко увеличивается,
и верхний слой становится
водопроницаемым. При по-
ристости меньше 2 % наблю-
даются большие сдвиговые
деформации в жаркое время
года, приводящие к образо-
ванию колеи. Поэтому сейчас
«модно» проектировать со-
став так, чтобы начальная по-
ристость (с учетом доуплотне-
ния под движением) составля-
ла 4 %. Однако ряд опытных
специалистов утверждают,
что неправильно задавать по-
ристость без учета зернового
состава. Они, например, от-
мечают, что крупнозернистые
смеси работают без сдвиго-
Рис. 6. Радиоизотопный прибор Troxler 4640-B для контроля плотности асфальто-
бетонных и цементобетонных слоев толщиной 2,5-10 см.
Рис. 7. Прибор компании Transtech Inc для полевого определения плотности ас-
фальтобетона на основе измерения диэлектрической проницаемости.