Общие сведения о керне

Керн (в дорожном строительстве) — образец асфальтобетона, цементобетона или другого материала, имеющий цилиндрическую форму и извлекаемый из одного или нескольких слоев дорожной конструкции путем бурения.

Отбор кернов осуществляется с целью контроля качества работ по асфальтированию, а также определения физико-механических характеристик асфальтобетона (толщины асфальтированного слоя, степени уплотнения и т.д.).

Альтернативным способом отбора проб в асфальтированном покрытии является получение вырубок. Вырубки, в отличие от кернов, имеют не цилиндрическую, а параллелепипедную или кубическую форму.

Цель отбора кернов

В отличие от неразрушающих способов контроля, осуществляемых непосредственно на месте проведения дорожных работ (например, с помощью радиометрического зондирования), отбор кернов и их последующий анализ в лаборатории позволяет получать существенно больший объем данных как по качеству работ (качеству подгрунтовки перед асфальтированием, качеству укладки и уплотнения асфальта), так и по характеристикам самого асфальтобетонного материала.

Таким образом, основной целью отбора кернов является оценка и контроль качества дорожных работ и материалов при устройстве асфальтобетонных покрытий. В зависимости от вида дорожных работ с помощью отбора кернов решаются следующие задачи:

• контроль качества уложенной асфальтобетонной смеси;
• контроль степени сцепления между слоями;
• определение толщины слоев покрытия из асфальтобетона;
• определение плотности асфальтобетона;
• определения водонасыщения асфальтобетона;
• определение предела прочности на сжатие;
• анализ зернового состава асфальтобетонной смеси.

Необходимость в отборе кернов для проведения лабораторных исследований чаще всего возникает в следующих случаях:

• На начальном этапе строительства дороги при подборе оптимального состава асфальтобетонной смеси для асфальтирования различных слоев дорожного основания и дорожного покрытия.
• Для оценки степени разрушения существующей дорожной одежды и перспективы его безопасной эксплуатации.
• При разногласиях между заказчиком и подрядчиком. Лабораторное исследование кернов позволяет определить отклонение от нормативов при строительстве, выявить нарушение технологии, обнаружить несоответствие между заявленными в смете материалами и фактически использованными при асфальтировании. Результаты лабораторного анализа кернов могут быть использованы в судебной практике.

Технология и общие правила отбора кернов

В зависимости от типа асфальтобетонной смеси керны отбираются следующим образом:

• в асфальтированных слоях из горячих и теплых асфальтобетонных смесей отбор кернов производится не ранее чем через 1-3 суток после их устройства;
• в слоях из холодных асфальтобетонных смесей — не ранее чем через 15 суток после их устройства;
• в слоях из асфальтополимербетонных смесей — не ранее чем через 24 часа после их устройства;
• в слоях из щебеночно-мастичных смесей — не ранее чем через 24 часа после их устройства.

Отбор керна осуществляется на расстоянии не менее 1 метра от края покрытия или оси дороги и не менее 0,2 м от шва. Отбор кернов выполняют на всю толщину покрытия с дальнейшим разделением слоев в лаборатории.

Отбор производится из расчета: 1 проба с каждых 3000 м² или 3 пробы с каждых 7000 м² покрытия. Отбор кернов из асфальтобетонных покрытий внутриквартальных проездов, тротуаров, пешеходных дорожек, площадок, наружных лестниц, пандусов и отмосток производится из расчета: не менее одной пробы с площади не более 2000 м². На участках, расположенных в непосредственной близости от полос сопряжения, пробы отбирают на полосе движения (не ближе 1 метра от сопряжения).

Размеры и количество кернов, которые отбирают с одного места, устанавливают исходя из количества образцов, которые требуются для испытаний. Диаметр кернов должен быть не менее:

• 50 мм — для проб из песчаного асфальтобетона;
• 70 мм — для проб из мелкозернистого асфальтобетона;
• 100 мм — для проб из крупнозернистого асфальтобетона.

Из тонкослойных покрытий керны отбирают вместе с нижним слоем и затем на станке для резки кернов отделяют нижний слой. При отборе кернов, тонкослойное покрытие не должно отделяться от нижележащего слоя без приложения усилий.

Качество асфальтогранулобетонного покрытия (при восстановлении асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенерации) определяют по кернам диаметром 10 см, выбуренным из регенерированного слоя через 7 суток после его устройства. Керны отбирают в шахматном порядке по одному на каждые 1000 м регенерированного слоя, включая недоуплотненные участки.

Качество асфальтогранулобетонного покрытия (при восстановлении дорожных покрытий способом горячей регенерации) определяют по одному образцу-керну на каждые 500 м или трем образцам-кернам на каждые 1000 м.

При устройстве дорожных оснований из чернощебеночных и органоминеральных смесей контроль работ осуществляется путем отбора кернов через сутки после устройства слоя. С каждых 7000 м² отбирают 3 пробы. Качество готового слоя дорожного основания из черного щебня и органоминеральных смесей оценивают по физико-механическим показателям кернов, отбираемых через месяц после устройства слоя из расчета 2 пробы на 1 км.

При устройстве дорожного основания из асфальтобетонного гранулята (асфальтовой крошки) качество уложенного слоя оценивают по результатам испытаний кернов, которые отбирают через 14 суток после укладки слоя в количестве не менее трех на 1000 м.

Отбор кернов осуществляется специальным оборудованием — ручным или прицепным керноотборником. Последовательность операций при отборе керна керноотборником следующая:

1. Керноотборник подводят к намеченному участку покрытия, закрепляют коронку и запускают двигатель.
2. Коронку керноотборника опускают на поверхность покрытия и начинают бурение. Для охлаждения коронки и покрытия, к месту бурения (под коронку) непрерывно подают воду.
3. Постепенно заглубляют буровую колонку в покрытие.
4. Отведят керноотборник в сторону после окончания бурения.
5. Извлекают высверленный керн из покрытия специальными щипцами.

После извлечения керна его маркируют, упаковывают и составляют акт отбора проб. В акте отбора проб указывается:

• дата отбора пробы;
• обозначение и порядковый номер пробы;
• вид асфальтобетона;
• тип асфальтобетона;
• марка асфальтобетона;
• подписи ответственного за отбор пробы лица и лица с контролируемой стороны.

Упаковку и маркировку отобранных проб асфальтобетонных смесей осуществляют таким образом, чтобы до проведения испытаний или при хранении обеспечить сохранность свойств материала.

После извлечения керна может определяться сцепление между конструктивными слоями. Сцепление считают удовлетворительным, если при извлечении пробы из покрытия она сохраняет монолитность и не разделяется на части в местах контактных поверхностей при ударе молотком массой 1 кг. Керн укладывают на дорожное покрытие, так чтобы вертикальная ось керна была параллельна поверхности покрытия. Удар молотком наносится в месте контакта поверхностей конструктивных слоев. Толщину каждого слоя пробы и общую толщину каждой пробы измеряют с точностью до 1 мм с помощью штангенциркуля согласно ДСТУ ГОСТ 166:2009 или металлической линейки по ДСТУ ГОСТ 427:2009.

Лабораторные испытания керна

Перед началом лабораторных испытаний нижняя часть керна обязательно отпиливается. Это необходимо для того, чтобы удалить остатки битума на нижней поверхности образца, нанесенной розливом битума («подгрунтовкой»). Толщина отпиливания должна составлять 5–10 мм в зависимости от толщины и текстуры нижней части вырубки.

Также перед испытанием керны высушивают до постоянной массы при температуре не более 50 °С. Каждое последующее взвешивание проводят после высушивания в течение не менее 1 часа и охлаждения при комнатной температуре не менее 30 минут. Масса образца определяется взвешиванием на весах.

В результате лабораторных исследований керна определяют:

• толщину уплотненного слоя дорожного покрытия и/или дорожного основания;
• среднюю плотность асфальтобетона;
• прочность при расколе;
• степень сцепления между слоями.

После проведения основных испытаний керны могут переформовываться. Переформованием керна называется его разогревание на песчаной бане или в термошкафу, последующее измельчение ложкой или шпателем и повторное создание образца цилиндрической формы.

Путем исследования переформованных кернов определяются следующие показатели:

• зерновой состава минеральной части смеси (методом выжигания вяжущего);
• предел прочности при сжатии при температуре 20 °С и 50 °С;
• прочность на растяжение (требуется для прогнозирования устойчивости асфальтированного покрытия к появлению усталостных и температурных трещин);
• водостойкость;
• водонасыщение;
• коэффициент уплотнения смеси (определяется как отношение средней плотности керна к средней плотности переформованного образца).

Следует иметь в виду, что доверительная вероятность оценки показателей свойств асфальтобетона определяемых по переформованным из керна образцам значительно ниже, чем по образцам, изготовленным из смесей, в связи с чем результаты испытания переформованных образцов не могут дать объективной оценки, которая могла бы служить браковочным признаком. В связи с этим, количество кернов, отбираемых из асфальтированного покрытия, и количество повторных испытаний, для каждого конкретного случая следует рассматривать отдельно, при этом для обоснования брака следует привлекать методы статистики.

Касаемо оценки зернового состава минеральной части асфальтобетонных смесей по результатам испытания кернов, то результаты его нельзя считать достаточно достоверными по ряду причин. Во-первых, при транспортировке смеси, а также при ее укладке наблюдается сегрегация щебня, а отсюда и определенная неоднородность распределения его в уложенном слое. Для получения достоверных данных, позволяющих с высокой степенью вероятности оценить состав уложенной асфальтобетонной смеси, необходимо отобрать образцы из покрытия в количестве, необходимом для статистической оценки.

Во-вторых, при уплотнении покрытия щебень может дробиться. И в-третьих, при отборе образцов керноотборником происходит измельчение щебня в зоне опиленных граней. В зависимости от ряда причин, таких как тип смеси, размер кернов и т. п., содержание щебня в кернах может быть до 20 % ниже, чем содержание щебня в самой асфальтобетонной смеси, которая применялась при асфальтировании.

Информация взята с сайта ДСП “Юнидорстрой”