Всё об асфальтировании / Справочник / Керн
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.).
Кернение — процесс отбора кернов в дорожном покрытии.
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:
Необходимость в отборе кернов для проведения лабораторных исследований чаще всего возникает в следующих случаях:
Технология и общие правила отбора кернов
В зависимости от типа асфальтобетонной смеси керны отбираются следующим образом:
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.
Размеры и количество кернов, которые отбирают с одного места, устанавливают исходя из количества образцов, которые требуются для испытаний. Диаметр кернов должен быть не менее:
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 м 2 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:
После извлечения керна его маркируют, упаковывают и составляют акт отбора проб. В акте отбора проб указывается:
Упаковку и маркировку отобранных проб асфальтобетонных смесей осуществляют таким образом, чтобы до проведения испытаний или при хранении обеспечить сохранность свойств материала.
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:
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:
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.
Отбор керна: размер имеет значение
Причём чем большего размера — тем лучше.
Крупные образцы дают геологам и инженерам больше возможностей для более точного определения геологического строения, геомеханических и петрофизических характеристик пород.
Всё чаще для поиска новых месторождений применяют технологию разработки нетрадиционных залежей. Поэтому отбор репрезентативных образцов пород, не связанный с большими затратами и неэффективностью традиционных методов керноотбора, стал насущной задачей.
Методы отбора керна
В нефтегазовой отрасли их два: вырезание цельных кернов при помощи буровой компоновки и отбор бокового керна.
Традиционный метод чаще всего позволяет получить качественные образцы керна, но в отличие от обычных операций бурения он является дорогостоящим и длительным процессом.
Экономической альтернативой служит боковой отбор керна — дополнительный способ получения данных там, где это невозможно при помощи традиционных способов.
За один рейс можно извлечь до 90 образцов на выбранных глубинах, что позволяет охватить сразу несколько целевых интервалов.
«У геологов и инженеров появилась возможность использовать большие керны для исследования нетрадиционных залежей и определения механических свойств горных пород.
При большом количестве доступного для анализа кернового материала нефтегазодобывающие компании имеют намного больше шансов успешной разработки нетрадиционных залежей», — указали в статье «Rotary Sidewall Coring—Size Matters» для компании «Schlumberger Limited» Abhishek Agarwal, Robert Laronga и Larissa Walker.
Речь идёт о методах ударного или вращательного бокового отбора керна.
«Хотя ударный метод является экономичным и быстрым, его применение может вызвать некоторые осложнения.
В результате удара бойков о породу может произойти повреждение керна.
И твёрдые, и мягкие породы разрушаются под действием удара бойка, и это приводит к изменениям свойств образца.
Слабоцементированные породы при ударе бойка подвергаются сжатию, а глинистая корка с внутренней стенки скважины может вдавливаться в скелет породы керна, изменяя тем самым его характеристики.
Добывающие и сервисные компании знают об ограничениях ударного метода и мирятся с этими ограничениями на протяжении почти пятидесяти лет. Это положение изменилось в 80-х годах прошлого века, когда появились первые вращательные керноотборники», — сообщают авторы статьи.
По словам специалистов, преимущество этого метода в том, что он позволяет сохранить поровую структуру породы и исключить механические повреждения керна.
Детали
Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.
«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог.
Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс.
А два рейса — это лишние средства.
Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.
Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров.
Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров.
Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.
Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.
Второе требование касается технико-экономических показателей и имеет целью удешевление оказываемых услуг.
К нему относится увеличение длины секции керноотборного снаряда — для того, чтобы за один рейс можно было отобрать наибольшее количество метров», — объяснил руководитель сектора по отбору керна АО «НПП «Бурсервис» Эдуард Зарипов.
В «изолятор»
Чтобы минимизировать повреждения керна и добиться более точного анализа, инженер по отбору должен использовать технологию изолированного герметизированного керна.
«При бурении и заборе керна необходимо добиться его полной изоляции от фильтрата бурового раствора, чтобы он обладал естественной насыщенностью флюидов и не содержал сторонние примеси.
Мы используем клапан изолирующего состава.
Сам керн обволакивается изолирующим агентом — таким образом обеспечивается его сохранность и первозданность», — заметил Эдуард Раисович.
Неоднородные проблемы
Неоднородность пропластков предполагает сминание и расслоение породы, что приводит к заклинке, поэтому всё чаще заказчики обращают внимание на наличие гидравлического индикатора заклинки керна.
При выходе на поверхность керн должен «не растерять» все флюиды нефти и газа. Для этого применяются специальные клапаны подачи изолирующего агента.
«По мере того, как керн поднимается наверх, за счёт того, что внизу избыточное давление достаточно большое, газ начинает отделяться от керна. Для того, чтобы не возникало декомпрессии и выделяющийся газ своевременно стравливался с керна, мы применяем клапан сброса давления», — прокомментировал представитель «Бурсервиса».
Хранение и транспортировка
Для дополнительной защиты используют технологию укладки керна не просто в одноразовую трубу, но ещё и в гель, который создаёт своеобразный вакуум и обеспечивает более высокую информативность для исследования в лаборатории.
«Мы предоставляем тёплый контейнер, чтобы предотвращать разрушение керна, так как он содержит флюиды, в том числе, воду, которая при минусе превращается в лёд.
Также для безопасной транспортировки используются виброгасящие прокладки на ящике, либо специальная пена.
Керн укладывается в ящики, затем специальным образом запенивается, чтобы в процессе транспортировки не подвергаться вибрационным нагрузкам», — рассказал Эдуард Зарипов.
Отбор проб асфальтобетона для испытаний.
Самостоятельно отличить качественный материал от бракованного попросту невозможно. Поэтому во время строительства подобных объектов необходимо провести испытание образцов асфальтобетона. Только подобная проверка позволяет убедиться, что данный материал будет обладать необходимой прочностью и прослужит на протяжении многих лет.
Для проведения подобной проверки необходимо выполнить вырубку асфальта для лаборатории. Вырезанные образцы называются керны. Осуществляется вырубка через 2 дня после укладки горячего состава и через 15-30 дней после укладки холодных смесей. Ниши, которые образовались на месте вырубки образцов, заполняются холодной смесью, что позволяет безопасно эксплуатировать данный участок.
Что такое керн
Отбор кернов выполняется, чтобы провести проверку асфальтобетонной смеси, определить его основные характеристики, а также оценить качество работ по их укладке.
В зависимости от того, какой вид работ выполняется, отбор и анализ кернов позволяет решить ряд задач:
· проверить качество использованного асфальтобетона;
· определить максимальную прочность при сжатии;
· о ценить прочность и качество сцепления между отдельными слоями;
· определить плотность и водонасыщение материала;
· определить толщину как всего покрытия, так и всех слоев по отдельности;
· проанализировать состав исходного материала.
Отборка и испытание кернов асфальтобетона необходимо в различных ситуациях. Самыми распространенными из них являются:
· на первых этапах укладки дорог, когда необходимо подобрать наиболее подходящий состав смеси для каждого слоя будущего покрытия;
· когда возникают разногласия между строительной компанией и заказчиком. Полная проверка образца позволяет выявить, есть ли какие отклонения от норм при изготовлении смеси, нарушена ли технология укладки. При необходимости результаты анализов можно использовать в суде;
· оценить, насколько разрушено дорожное полотно, можно ли его восстановить, и насколько его эксплуатация будет безопасна.
Как правильно выполнять отбор керна: основные правила и требования
В зависимости от того, какая смесь используется при укладке дороги, керн отбирается несколькими способами:
· если укладка покрытия осуществляется при помощи горячекатаных материалов, то отбор кернов необходимо осуществлять в первые 3 дня после их укладки;
· если используются холодные смеси, то отбор керна нужно делать только через 2 недели после укладки дорожного полотна;
· если для укладки и обустройства покрытия используются асфальтополимерные смеси либо щебень с мастикой, то отбор керна необходимо выполнять спустя сутки после их укладки.
Отбор керна необходимо выполнять в 100 сантиметрах от края дороги и в 20 сантиметрах от шва. Отбор образца выполняется на полную толщину дорожной одежды, после чего слои отделяются один от одного, но только в лаборатории.
Производить отбор образцов из дорожного покрытия необходимо, исходя из определенных правил:
· 1 проба на 3 тысячи квадратных метров или 3 пробы на 7 тысяч квадратных метров покрытия;
· на участках, которые расположены достаточно близко с полосами сопряжения отбор осуществляется с полос движения;
· если отобрать керны нужно на дорожках для пешеходов, площадках, уличных лестницах, т.е. на участках с меньшей нагрузкой, то необходимо брать 1 пробу на 2 тысячи квадратных метров площадки.
Диаметр и количество кернов, которое нужно отобрать из одного участка, устанавливается, исходя из того, сколько нужно образцов для проведения качественной и полной проверки материала.
Отобранные образцы должны иметь следующие диаметры:
· 7 сантиметров, если использовалась мелкозернистая смесь;
· 10 сантиметров для крупнозернистых смесей;
· 5 сантиметров, если использовалась песчаная смесь.
Отбор кернов из покрытий небольшой толщины осуществляется с нижним слоем, после чего на специальном станке его отсоединяют. Важно отметить, что самостоятельно либо без определенного усилия нижний слой не должен отделяться, иначе материал считается низкокачественным.
Качество асфальта, при восстановлении дорожной одежды определяется по кернам с диаметром 100 миллиметров, которые выбурены из восстановленного слоя через 7 дней после его укладки. Отбор керна асфальтобетона для лаборатории нужно выполнять в шахматном порядке. При этом отдельный образец вырезается на 1000 метров восстановленного покрытия, включая те участки, где смесь полностью не уплотнена.
Если асфальт восстанавливается при помощи горячих смесей, то отбор образцов осуществляется по следующим правилам:
· 1 образец на 500 метров дорожного покрытия;
· 3 керна на 1000 метров полотна.
Если дорожное полотно изготовлено из смесей, укреплённых органическими веществами или черным щебнем, то отбор образцов осуществляется не раньше, чем через день после укладки материала. Сам же отбор осуществляется по следующему правилу: 3 керна с площади не менее 7 тысяч квадратных метров.
Качество полотна из этих материалов оценивается по механическим показателям образцов, которые отобраны через 30 дней после укладки полотна. Отбор образцов нужно выполнять из расчета 2 пробы на 1000 метров дорожной одежды.
Если в качестве материала используется асфальтобетонный гранулят (крошка), то отбирать образцы необходимо спустя 14 дней после его укладки в количестве 3 образцов на 1 километр полотна.
Вырезать образцы нужно специальным инструментом – керноотборником, а сам процесс осуществляется по следующей схеме:
· нужно подвести керноотборник к выбранному участку;
· коронка закрепляется на поверхности полотна, запускается двигатель, после чего начинается бурение;
· чтобы коронка не перегревалась, к ней подают воду, которая и охлаждает ее во время рабочего процесса;
· коронка входит вглубь дорожного покрытия;
· после окончания работ инструмент нужно убрать;
· образец извлекается из покрытия при помощи специальных щипцов.
После того, как образец покрытия извлечен, его необходимо промаркировать, упаковать и составить акт отбора проб. В нем нужно указать следующие данные:
· номер и описание образца;
· вид и тип материала: из какого асфальтобетона изготовлен данный образец;
· ставится подпись лица, которое несет ответственность за отбор проб.
Упаковка отобранного асфальтобетона осуществляется так, чтобы до начала испытаний материал полностью сохранился. После того, как он будет извлечен из упаковки, можно определить качество сцепления между отдельными слоями. Показатель сцепления можно считать приемлемым или достаточным, если образец-керн сохранил свою целостность, и его нельзя разделить на отдельные слои при ударе молотком весом 1000 грамм.
· 1 образец на 500 метров дорожного покрытия;
· 3 керна на 1000 метров полотна.
Если дорожное полотно изготовлено из смесей, укреплённых органическими веществами или черным щебнем, то отбор образцов осуществляется не раньше, чем через день после укладки материала. Сам же отбор осуществляется по следующему правилу: 3 керна с площади не менее 7 тысяч квадратных метров.
Качество полотна из этих материалов оценивается по механическим показателям образцов, которые отобраны через 30 дней после укладки полотна. Отбор образцов нужно выполнять из расчета 2 пробы на 1000 метров дорожной одежды.
Если в качестве материала используется асфальтобетонный гранулят (крошка), то отбирать образцы необходимо спустя 14 дней после его укладки в количестве 3 образцов на 1 километр полотна.
Вырезать образцы нужно специальным инструментом – керноотборником, а сам процесс осуществляется по следующей схеме:
· нужно подвести керноотборник к выбранному участку;
· коронка закрепляется на поверхности полотна, запускается двигатель, после чего начинается бурение;
· чтобы коронка не перегревалась, к ней подают воду, которая и охлаждает ее во время рабочего процесса;
· коронка входит вглубь дорожного покрытия;
· после окончания работ инструмент нужно убрать;
· образец извлекается из покрытия при помощи специальных щипцов.
После того, как образец покрытия извлечен, его необходимо промаркировать, упаковать и составить акт отбора проб. В нем нужно указать следующие данные:
· номер и описание образца;
· вид и тип материала: из какого асфальтобетона изготовлен данный образец;
· ставится подпись лица, которое несет ответственность за отбор проб.
Упаковка отобранного асфальтобетона осуществляется так, чтобы до начала испытаний материал полностью сохранился. После того, как он будет извлечен из упаковки, можно определить качество сцепления между отдельными слоями. Показатель сцепления можно считать приемлемым или достаточным, если образец-керн сохранил свою целостность, и его нельзя разделить на отдельные слои при ударе молотком весом 1000 грамм.
Испытания и проверка керна в лаборатории
Кроме того перед проведением испытаний керн нужно высушить при температуре, которая не превышает 50 градусов Цельсия. Высушивание осуществляется 60 минут, после чего он охлаждается на протяжении получаса. После охлаждения проводится взвешивание керна-образца на специальных высокоточных лабораторных весах.
Во время лабораторных проверок определяют следующие характеристики:
· прочность материалов при расколе;
· толщина основания дорожной одежды;
· плотность всех используемых материалов;
· уровень и качество сцепления между отдельными слоями.
После того, как проведены основные испытания, керн переформовывается.
Переформование образца – это его разогрев в термическом шкафу (также можно использовать и песчаную баню). После того, как образец нагрет до определенной температуры, его измельчают при помощи строительного шпателя и снова создают керн в форме цилиндра.
Переформование позволяет определить ряд основных показателей:
· полный состав смеси;
· предел прочности покрытия. Данное исследование проводится при помощи специального лабораторного пресса;
· истинную и среднюю плотность основного материала;
· водостойкость образца, а также его водонасыщение;
· устойчивость к растяжениям. Данный показатель нужен, чтобы спрогнозировать устойчивость асфальтобетонного материала к температуре или трещин, которые появились из-за усталости полотна;
После того, как все данные получены, они заносятся в протокол испытаний кернов из асфальтобетонного покрытия.
Важно отметить, что свойства переформованного асфальтобетона будут ниже, чем у исходного образца, поэтому результаты проверок переформированных образцов не дадут полной и достоверной оценки и на полученные данные нельзя опираться на все 100% и использовать их при определении брака.
По этой причине количество проверок самих образцов, которые отбираются из готового покрытия, для отдельно взятого случая нужно рассматривать в индивидуальном порядке. Но, чтобы обосновать наличие брака, нужно использовать статистические методы проверки.
Оценивать состав асфальтобетона по результатам лабораторной проверки кернов не совсем правильно. И на это есть несколько причин. Во время перевозки и укладки смеси наблюдается небольшое изменение физического состояния щебня, из-за чего в уложенном слое он распределяется неоднородно. Чтобы получить более достоверные данные, которые позволят полностью оценить состав исходного материала, необходимо отобрать несколько образцов.
Также стоит учитывать, что при утрамбовке щебень начинает раздрабливаться, что также повлияет на целостность и износостойкость дорожной одежды. И наконец, когда осуществляется отбор образцов при помощи керноотборника, в местах среза щебень начинает измельчаться, поэтому количество и плотность щебня в каждом керне может отличаться от его общего количества в исходной смеси.
Строительная лаборатория ООО “Бюро “Строительные исследования” занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве
Основная специализация лаборатории:
Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:
1. Заполнив форму на нашем сайте https://burosi.ru/
3. Написать нам на почту
4. А также в комментариях к публикации.
Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.