Методы расчета состава асфальтобетонной смеси. Методы подбора состава асфальтобетонной смеси Подбор зернового состава асфальтобетонной смеси

Расчет заключается в подборе рационального соотношения между составляющими асфальтобетонную смесь материалами.

Широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей. Наибольшая прочность асфальтобетона достигается при максимальной плотности минерального остова, оптимального количества битума и минерального порошка.

Между зерновым составом минерального материала и плотностью существует прямая зависимость. Оптимальными будут составы, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза.

где d 1 - наибольший диаметр зерна, устанавливаемый в зависимости от типа смеси;

d 2 - наименьший диаметр зерна, соответствующий пылеватой фракции, и минерального порошка (0,004...0,005 мм).

Размеры зерен, согласно предыдущему уровню

(6.6.2)

Число размеров определяют по формуле

(6.6.3)

Число фракций п на единицу меньше числа размеров т

(6.6.4)

Соотношение соседних фракций по массе

(6.6.5)

где К - коэффициент сбега.

Величина, показывающая, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега. Наиболее плотная смесь получается при коэффициенте сбега 0,8, но такую смесь трудно подобрать, поэтому, по предложению Н.Н. Иванова, коэффициент сбега К принят от 0,7 до 0,9.

Зная размеры фракций, их количество и принятый коэффициент сбега (например 0,7), составляют уравнения такого вида:

Сумма всех фракций (по массе) равна 100 %, то есть:

у 1 + у 1 к + у 1 к 2 + у 1 к 3 +...+ у 1 к n -1 = 100 (6.6.6)

у 1 (1 + к + к 2 + к 3 +... + к n -1) = 100 (6.6.7)

В скобках указана сумма геометрической прогрессии и, следовательно, количество первой фракции в смеси

(6.6.8)

Аналогично определяем процентное содержание первой фракции у 1 , для коэффициента сбега к = 0,9. Зная количество первой фракции у 1 , легко определитьу 2 , у 3 и так далее.

На основании полученных данных строят предельные кривые, соответствующие принятым коэффициентам сбега. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка, а при к < 0,7 - уменьшенное количество минерального порошка.

Кривая зернового состава рассчитываемой смеси должна располагаться между предельными кривыми (рис. 6.6.1).

Рис. 6.6.1 . Зерновые составы:
А - мелкозернистой асфальтобетонной смеси с непрерывной гранулометрией типов А, Б, В; Б - минеральной части песчаных смесей типов Г и Д

Высокие эксплуатационные показатели дают смеси с повышенным содержанием щебня и уменьшенным содержанием минерального порошка. Предпочтение следует отдавать смесям с коэффициентом сбега 0,70...0,80.

В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси по предельным кривым (отсутствие крупнозернистых песков и невозможности их замены высевными) необходимая плотность может быть подобрана по принципу прерывистой гранулометрии. Смеси с прерывистой гранулометрией более сдвигоустойчивы за счет жесткого каркаса.

Для определения расхода битума формуют пробные образцы из смеси с заведомо малым содержанием битума, затем определяют объем пустот в минеральном остове

(6.6.9)

где g - объемная масса асфальтобетонного образца;

Б пр - содержание битума в пробной смеси, %;

r м - средняя плотность минерального материала:

(6.6.10)

где у щ , у п , у мп - содержание щебня, песка, минерального порошка в % по массе;

r щ , r п , r мп - плотность щебня, песка, минерального порошка.

Расчетная формула для определения оптимального содержания битума будет иметь вид

(6.6.11)

где r б - плотность битума;

j - коэффициент заполнения пустот минеральной смеси битумом, зависящий от заданной остаточной пористости

где П о - пористость минерального остова асфальтобетона, % объема;

П - заданная остаточная пористость асфальтобетона при 20°С, % объема.

Холодный асфальтобетон

Состав холодного асфальтобетона можно рассчитать по типовым составам или по методике, применяемой для расчета горячих смесей, с обязательной проверкой физико-механических свойств в лаборатории. Количество жидкого битума снижают на 10...15 % против оптимального, чтобы уменьшить слеживаемость.

Характерной чертой холодного асфальтобетона, отличающей его от горячего, является способность оставаться длительное время после приготовления в рыхлом состоянии. Эта способность холодных асфальтобетонных смесей объясняется наличием тонкой битумной пленки на минеральных зернах, вследствие чего микроструктурные связи в смеси настолько слабы, что небольшое усилие приводит к их разрушению. Поэтому приготовленные смеси под действием собственной массы при хранении в штабелях и транспортировке не слеживаются. Смеси в течение длительного времени (до 12 месяцев) остаются в рыхлом состоянии. Их сравнительно легко можно перегружать в транспортные средства и распределять тонким слоем при устройстве дорожных покрытий.

Зерновые составы холодных асфальтобетонных смесей отличаются от составов горячих смесей в сторону повышенного содержания минерального порошка (до 20 %) - частиц мельче 0,071 мм и пониженного содержания щебня (до 50 %). Повышенное количество минерального порошка вызвано применением жидкого битума, требующего для структурообразования большего количества порошка, а при содержании щебня более 50 % ухудшаются условия формирования покрытия. Наибольший размер зерен в холодном асфальтобетоне составляет 20 мм. Более крупный щебень ухудшает условия формирования покрытия.

В качестве крупной составляющей для холодного асфальтобетона используют щебень, получаемый дроблением скальных горных пород и металлургических шлаков. Эти материалы должны обладать прочностью при сжатии не менее 80 МПа, а для II марки асфальтобетона - не ниже 60 МПа.

Для приготовления холодного асфальтобетона применяют такой же минеральный порошок и песок, что и для горячих смесей.

Жидкие битумы должны иметь вязкость в пределах что соответствует маркам СГ 70/130, МГ 70/130. Вязкость и класс битума выбирают с учетом предполагаемого срока хранения смеси на складах, температуры воздуха при хранении и применении, а также качества минеральных материалов. Холодные асфальтобетонные смеси используют для устройства дорожных покрытий при интенсивности движения до 2000 автомобилей в сутки.

Литой асфальтобетон

Литой асфальтобетон представляет собой специально запроектированную смесь щебня, песка, минерального порошка и вязкого битума, приготовленную и уложенную в горячем состоянии без дополнительного уплотнения. От горячего асфальтобетона литой отличается большим содержанием минерального порошка и битума, технологией приготовления и методом укладки. Литой асфальтобетон применяют в качестве дорожного покрытия на автомобильных дорогах, на проезжей части мостов, а также для устройства полов в производственных зданиях. Ремонтные работы с использованием литых смесей можно выполнять при температуре воздуха до -10°С. Особенностью производства работ является необходимость непрерывного перемешивания литой смеси при ее транспортировке к месту укладки.

Для приготовления литого асфальтобетона применяют щебень (крупностью до 40 мм), природный или дробленый песок. Щебень, высевки и песок должны быть высокосортными, как и для обычного горячего асфальтобетона. В качестве вяжущего применяют битумы БНД 40/60. В соответствии с ТУ 400-24-158-89 литые смеси подразделяют на пять типов (табл. 6.6.11).

Таблица 6.6.11

Классификация литых асфальтобетонных смесей

К положительным свойствам литого асфальтобетона относят долговечность, небольшие затраты работы на уплотнение, водонепроницаемость. При реконструкции дороги существующее покрытие из литого асфальтобетона может быть снова использовано в полном объеме и почти без добавления новых материалов.

Дегтебетон

Дегтебетон в зависимости от вязкости дегтя и температуры смесей при укладке подразделяют на горячий и холодный. По физико-механическим свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону, так как обладает меньшей прочностью и теплоустойчивостью.

Дегтебетон в зависимости от вида каменного материала подразделяют на щебеночный, гравийный и песчаный. Для приготовления дегтебетона применяют те же минеральные материалы, что и для асфальтобетона, требования к ним аналогичные. В качестве вяжущего применяют дорожный каменноугольный деготь: для горячего дегтебетона - Д-6, для холодного - Д-4 и Д-5. Дегти применяют как промышленного изготовления, так и приготовленные непосредственно на асфальтобетонном заводе путем окисления или смешения песка с разжижителем (антраценовым маслом, каменноугольной смолой и др.).

Расчет состава дегтебетона может быть выполнен так же, как и асфальтобетона, при этом основное внимание должно быть обращено на тщательный подбор количества дегтя, так как небольшое отклонение содержания его в смеси заметно влияет на свойства дегтебетона.

Для приготовления горячего дегтебетона применяют дегти с вязкостью, значительно меньшей, чем вязкость битума для соответствующего вида асфальтобетона. Пониженная вязкость дегтя обуславливает ослабление внутренних структурных связей, что может быть компенсировано повышением внутреннего трения минеральной части. Для этого необходимо применять каменные материалы с зернами угловатой формы и шероховатой поверхностью, а также заменять часть или весь природный песок с окатанными зернами на высевки. Для приготовления дегтебетонных смесей можно применять щебень из более кислых пород (кварцевые песчаники, богатые кварцем граниты и др.).

Плотный дегтебетон применяют для устройства покрытий на дорогах II... IV категорий. По санитарно-гигиеническим условиям устройство верхних слоев покрытий из дегтебетона разрешено только вне населенных пунктов. При приготовлении дегтебетонных смесей необходимо соблюдать специальные правила техники безопасности.

Дегтебетонную смесь приготавливают в асфальтобетонных установках с мешалками принудительного действия. Вследствие пониженной вязкости дегтя обволакивание им зерен минерального материала протекает лучше, чем при применении битумов, в результате чего сокращается время для смешения материалов. По этой же причине облегчается уплотнение смесей при устройстве покрытий. Коэффициент уплотнения, представляющий собой отношение толщины слоя уложенной смеси до уплотнения к толщине уплотненного покрытия, может быть равным 1,3...1,4.

При производстве дегтебетонной смеси необходимо строго соблюдать установленный температурный режим, так как деготь более чувствителен к изменению температуры, чем битум (табл. 6.6.12).

Таблица 6.6.12

Температурный режим при приготовлении и укладке дегтебетона

По физико-механическим свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону: он обладает меньшей прочностью, теплостойкостью. Но при этом отличается повышенной износостойкостью. Дегтебетонное покрытие имеет повышенную шероховатость, более высокий коэффициент сцепления колеса с дорогой, повышенную безопасность движения. Это связано с меньшей вязкостью дегтей, более слабыми когезионными силами межмолекулярного взаимодействия, наличием летучих составляющих. Летучие вещества в составе дегтя ускоряют срок формирования структуры дегтебетона в покрытии, а также способствуют более интенсивному изменению его свойств. Дегтебетон менее пластичен в сравнении с асфальтобетоном, что также связано с составом и структурой дегтей, которые состоят преимущественно из ароматических углеводородов, которые образуют более жесткие структурные связи в вяжущих материалах и при пониженных температурах плохо деформируются, вследствие чего в покрытиях образуются трещины.

Контроль за изготовлением дегтебетонной смеси на заводе и при устройстве дегтебетонного покрытия, а также методы испытания дегтебетона такие же, как и асфальтобетона.

Состав асфальтобетонной смеси подбирают по заданию, составленному на основании проекта автомобильной дороги. В задании указываются тип, вид и марка асфальтобетонной смеси, а также конструктивный слой дорожной одежды, для которого она предназначена. Подбор состава асфальтобетонной смеси включает испытание и по его результатам выбор составляющих материалов, а затем установление рационального соотношения между ними, обеспечивающего получение асфальтобетона со свойствами, отвечающими требованиям стандарта. Минеральные материалы и битум испытывают в соответствии с действующими стандартами, а после проведения всего комплекса испытаний устанавливают пригодность материалов для асфальтобетонной смеси заданного типа и марки, руководствуясь положениями ГОСТ Выбор рационального соотношения между составляющими материалами начинают с расчета зернового состава. Минеральную часть крупно- и мелкозернистых асфальтобетонных смесей при наличии крупного или среднего песка, а также отсевов дробления рекомендуется подбирать по непрерывным зерновым составам, при наличии мелкого природного песка - по прерывистым составам, где остов из щебня или гравия заполняется смесью, практически не содержащей зерен размером 5-0,63 мм.

Минеральную часть горячих и теплых песчаных и всех видов холодных асфальтобетонных смесей подбирают только по непрерывным зерновым составам. Для удобства проведения расчетов целесообразно пользоваться кривыми предельных значений зерновых составов, построенными в соответствии с требованиями ГОСТ (рис). Смесь щебня (гравия), песка и минерального порошка подбирают таким образом, чтобы кривая зернового состава располагалась в зоне, ограниченной предельными кривыми, и была по возможности плавной. При подборе зернового состава смесей на дробленых песках и дробленом гравии, а также на материалах из отсевов дробления горных пород, для которых характерно высокое содержание тонкодисперсных зерен (мельче 0,071 мм), необходимо учитывать количество последних в общем содержании минерального порошка. При использовании материалов из отсевов дробления изверженных горных пород полная замена минерального порошка их тонкодисперсной частью допускается в смесях для плотных горячих асфальтобетонов марки III, a также в смесях для пористых и высокопористых асфальтобетонов марок I и II. В смесях для горячих, теплых и холодных асфальтобетонов марок I и II допускается только частичная замена минерального порошка; при этом в массе зерен мельче 0,071 мм, входящих в состав смеси, должно содержаться не менее 50% известнякового минерального порошка, отвечающего требованиям ГОСТ

При применении материалов из отсевов дробления карбонатных горных пород в состав горячих и теплых смесей для плотных асфальтобетонов марок II и III, а также холодных смесей марок I и II и смесей для пористых и высокопористых асфальтобетонов марок I и II минеральный порошок можно не вводить, если содержание зерен мельче 0,071 мм в отсевах обеспечивает соответствие зерновых составов требованиям ГОСТ, а свойства зерен мельче 0,315 мм в отсевах отвечают требованиям ГОСТ к минеральному порошку. Рис. Непрерывные зерновые составы минеральной части горячих и теплых мелкозернистых (а) и песчаных (б) смесей для плотных асфальтобетонов, применяемых в верхних слоях покрытий.

При использовании в асфальтобетоне продуктов дробления полиминерального гравия в IV-V дорожно-климатических зонах также допускается не вводить в асфальтобетонные смеси марки II минеральный порошок, если в массе зерен мельче 0,071 мм содержится не менее 40% карбонатов кальция и магния (СаСО3+МgСО3). В результате подбора зернового состава устанавливается процентное соотношение по массе между минеральными составляющими асфальтобетона: щебнем (гравием), песком и минеральным порошком. Содержание битума в смеси выбирают предварительно в соответствии с рекомендациями прил.1 ГОСТ и с учетом требований стандарта к величине остаточной пористости асфальтобетона для конкретного климатического региона. Так в IV-V дорожно-климатических зонах допускается применение асфальтобетонов с более высокой остаточной пористостью, чем в I-II, поэтому содержание битума в асфальтобетонах для этих зон назначают ближе к нижним рекомендуемым пределам, а в I-II - к верхним.

В лаборатории готовят три образца из асфальтобетонной смеси с предварительно выбранным количеством битума и определяют: среднюю плотность асфальтобетона, среднюю и истинную плотность минеральной части, пористость минеральной части и остаточную пористость асфальтобетона по ГОСТ Если остаточная пористость не соответствует выбранной, то из полученных характеристик рассчитывают требуемое содержание битума Б (%) по формуле: Б где V°пop - пористость минеральной части, % объема; Vпор - выбранная остаточная пористость, % объема, принимается в соответствии с ГОСТ для данной дорожно-климатической зоны; гб - истинная плотность битума, г/см 3; гб = 1 г/см 3; r°m - средняя плотность минеральной части, г/см 3.

Рассчитав требуемое количество битума, вновь готовят смесь, формуют из нее три образца и определяют остаточную пористость асфальтобетона. Если остаточная пористость совпадает с выбранной, то рассчитанное количество битума принимается. Асфальтобетонную смесь подобранного состава готовят в лаборатории: крупнозернистую кг, мелкозернистую кг и песчаную смесь кг. Из смеси изготавливают образцы и определяют соответствие их физико- механических свойств ГОСТ Если асфальтобетон подобранного состава не отвечает требованиям стандарта по некоторым показателям, например по прочности при 50°С, то рекомендуется увеличить (в допустимых пределах) содержание минерального порошка или применить более вязкий битум; при неудовлетворительных значениях прочности при 0°С следует снизить содержание минерального порошка, уменьшить вязкость битума или ввести добавку полимера.

При недостаточной водостойкости асфальтобетона целесообразно увеличить содержание либо минерального порошка, либо битума; при этом остаточная пористость и пористость минерального остова должны оставаться в пределах, предусмотренных вышеупомянутым стандартом. Для повышения водостойкости наиболее эффективны поверхностно- активные вещества и активированные минеральные порошки. При назначении содержания битума для холодных асфальтобетонных смесей дополнительно следует предусмотреть меры, чтобы смесь не слеживалась при хранении. Для этого после определения требуемого количества битума готовят образцы для испытания на слеживаемость. Если показатель слеживаемости превышает требования ГОСТ, то содержание битума снижают на 0,5% и испытание повторяют. Уменьшать количество битума следует до получения удовлетворительных результатов по слеживаемости, однако при этом необходимо следить, чтобы величина остаточной пористости холодного асфальтобетона не превышала требований ГОСТ После корректировки состава асфальтобетонной смеси следует вновь испытать подобранную смесь. Подбор состава асфальтобетонной смеси можно считать законченным, если все показатели свойств асфальтобетонных образцов отвечают требованиям вышеупомянутого ГОСТа.

Пример подбора состава асфальтобетонной смеси Необходимо подобрать состав мелкозернистой горячей асфальтобетонной смеси типа Б марки II для плотного асфальтобетона, предназначенного для устройства верхнего слоя покрытия в III дорожно- климатической зоне. Имеются следующие материалы: - щебень гранитный фракции 5-20 мм; - щебень известняковый фракции 5-20 мм; - песок речной; - материал из отсевов дробления гранита; - материал из отсевов дробления известняка; - минеральный порошок неактивированный; - битум нефтяной марки БНД 90/130 (по паспорту). Характеристика испытываемых материалов приведена ниже. Щебень гранитный: марка по прочности при раздавливании в цилиндре, марка по износу - И-I, марка по морозостойкости - Мрз 25, истинная плотность - 2,70 г/см 3; щебень известняковый: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 400, марка по износу - И-IV, марка по морозостойкости - Мрз 15, истинная плотность - 2,76 г/см 3; песок речной: содержание пылеватых и глинистых частиц - 1,8%, глины - 0,2% массы, истинная плотность - 2,68 г/см 3; материал из отсевов дробления гранита марки 1000:

Содержание пылеватых и глинистых частиц - 5%, глины - 0,4% массы, истинная плотность - 2,70 г/см 3; материал из отсевов дробления известняка марки 400: содержание пылеватых и глинистых частиц - 12%, глины - 0,5% массы, истинная плотность - 2,76 г/см 3; минеральный порошок неактивированный: пористость - 33% объема, набухание образцов из смеси порошка с битумом - 2% объема, истинная плотность - 2,74 г/см 3, показатель битумоемкости - 59 г, влажность - 0,3% массы; битум: глубина проникания иглы при 25°С - 94×0,1 мм, при 0°С - 31×0,1 мм, температура размягчения - 45°С, растяжимость при 25°С - 80 см, при 0°С - 6 см, температура хрупкости по Фраасу - минус 18°С, температура вспышки - 240°С, сцепление с минеральной частью асфальтобетонной смеси выдерживает, индекс пенетрации - минус 1. По результатам испытаний пригодными для приготовления смесей типа Б марки II можно считать щебень гранитный, песок речной, материал из отсевов дробления гранита, минеральный порошок и битум марки БНД 90/130.

Щебень известняковый и материал из отсевов дробления известняка не отвечают требованиям табл. 10 и 11 ГОСТ по показателям прочности. Зерновые составы отобранных минеральных материалов приведены в табл. Расчет состава минеральной части асфальтобетонной смеси начинают с определения такого соотношения масс щебня, песка и минерального порошка, при котором зерновой состав смеси этих материалов удовлетворяет требованиям табл. 6 ГОСТ Таблица

Расчет количества щебня В соответствии с ГОСТ и рис. 2,а содержание частиц щебня крупнее 5 мм в асфальтобетонной смеси типа Б составляет 35-50%. Для данного случая принимаем содержание щебня Щ=48%. Поскольку зерен крупнее 5 мм в щебне содержится 95%, то щебня потребуется Щ= Полученное значение заносят в табл. 7 и рассчитывают содержание в смеси щебня каждой фракции (берут 50% количества каждой фракции щебня). Расчет количества минерального порошка В соответствии с ГОСТ и рис. 2,а содержание частиц, мельче 0,071 мм в минеральной части асфальтобетонной смеси типа Б должно быть в пределах 6-12%. Для расчета принимаем содержание частиц, например, ближе к нижнему пределу требований, т. е. 7%. Если количество этих частиц в минеральном порошке составляет 74%, то содержание минерального порошка в смеси МП =

Однако для наших условий следует принять 8% минерального порошка, так как в песке и материале из отсевов дробления гранита уже имеется небольшое количество частиц мельче 0,071 мм. Полученные данные заносят в табл.7 и рассчитывают содержание минерального порошка каждой фракции (берут 8%). Расчет количества песка Количество песка П в смеси составит: П =100 - (Щ + МП) = (50 + 8) = 42% Так как в данном примере использованы два вида песка (речной и материалы из отсевов дробления гранита), необходимо определить количество каждого из них в отдельности. Соотношение между речным песком Пр и материалом из отсева дробления гранита можно установить по содержанию в них зерен мельче 1,25 мм, которых согласно ГОСТ и рис. 2,а в асфальтобетонной смеси типа Б должно быть 28-39%. Мы принимаем 34%; из них 8%, как рассчитано выше, приходится на долю минерального порошка. Тогда на долю песка остается 34-8=26% зерен мельче 1,25 мм. Учитывая, что массовая доля таких зерен в речном песке - 73%, а в материале из отсевов дробления гранита - 49%, составляем пропорцию для определения массовой доля речного песка в минеральной части асфальтобетонной смеси:

Для расчета принимаем Пр = 22%; тогда количество материала из отсева дробления гранита составит = 20%. Рассчитав аналогично щебню и минеральному порошку количество каждой фракции в песке и материале, из отсевов дробления гранита, записываем полученные данные в табл. 7. Суммируя в каждой вертикальной графе количество частиц мельче данного размера, получаем общий зерновой состав смеси минеральных материалов. Сравнение полученного состава с требованиями ГОСТ показывает, что он удовлетворяет им. Аналогично рассчитываем минеральную часть асфальтобетонной смеси прерывистого зернового состава. Определение содержания битума Щебень, песок, материал из отсевов дробления гранита и минеральный порошок смешивают с 6% битума. Такое количество битума является средним значением из рекомендуемых в прил. 1. ГОСТ для всех дорожно-климатических зон. Из полученной смеси приготавливают три образца диаметром и высотой 71,4 мм.

Поскольку щебня в асфальтобетонной смеси содержится 50%, смесь уплотняют комбинированным методом: вибрированием на виброплощадке в течение 3 мин под нагрузкой 0,03 МПа (0,3 кгс/см 2) и доуплотнением на прессе в течение 3 мин под нагрузкой 20 МПа (200 кгс/см 2). Через ч определяют среднюю плотность (объемную массу) асфальтобетона (образцов), истинную плотность минеральной части асфальтобетона r° и на основании этих данных вычисляют среднюю плотность и пористость минеральной части образцов. Зная истинную плотность всех материалов и выбрав по ГОСТ остаточную пористость асфальтобетона Vпор = 4%, рассчитывают ориентировочное количество битума. Средняя плотность пробных асфальтобетонных образцов при содержании битума 6,0% (сверх 100% минеральной части) равна 2,35 г/см 3. В этом случае

Г/см 3 ; Из контрольной смеси с 6,2% битума изготавливают три образца и определяют остаточную пористость. Если она будет в пределах 4,0 ± 0,5% (как было принято для мелкозернистого асфальтобетона из смесей типа Б), то готовят новую смесь с таким же количеством битума, формуют 15 образцов и испытывают их в соответствии с требованиями ГОСТ (по три образца на каждый вид испытания). Если показатели свойств образцов, приготовленных из подобранной смеси, имеют отклонения от требований ГОСТа, то необходимо провести корректировку состава смеси и вновь ее испытать.

Зерновые составы минеральной части смесей и асфальтобетонов должны соответствовать указанным в таблице. Показатели физико-механических свойств асфальтобетонов, применяемых в конкретных дорожно-климатических зонах, должны соответствовать указанным в таблице.

Компоненты, рецептура и свойства Объективно оценить пригодность порошка для использования в литом асфальтобетоне можно лишь по результатам испытаний изготовленных на нем асфальтобетонных образцов. Учет этого важного обстоятельства позволяет использовать в некоторых типах литого асфальтобетона даже такие, малопригодные на первый взгляд, порошки, как лессовые, молотый мергель, гипсовый камень или гипс, фильтр-прессные отходы сахарной промышленности, отходы содовых заводов, феррохромовый шлак и др. Песок играет важную технологическую и экономическую роль в производстве литой асфальтобетонной смеси. При выборе песка предпочтение отдают природному песку. Чем плотнее и крупнее зерно, тем подвижнее и плотнее минеральная смесь и тем меньше она требует битума. В отличие от минерального порошка большинство природных морских, речных и озерных кварцевых песков в химическую реакцию с битумом не вступает. Для большинства литых смесей можно рекомендовать пески удовлетворяющие требованиям стандарта и табл.

Компоненты, рецептура и свойства Для смесей I и II типов не рекомендуется использование отсевов дробления, содержащих повышенное количество пылеватых частиц, во избежание ухудшения подвижности смесей и увеличения расхода битума. Дробленые пески желательно использовать лишь как добавку в природный окатанный песок при изготовлении смесей I и II типов. в чистом виде их можно применять только в смесях III, IV и V типов. Существенно улучшаются практически все свойства литого асфальтобетона при введении в смесь высевок фракции 3-5 мм из трудно полируемых горных пород. Соотношение фракции 3- 5 мм и фракции 5-10 в смеси следует принимать как 2:1 или 1,5:1. Щебень (гравий) для щебенистых (гравийных) литых смесей должен отвечать требованиям и табл. 3. Не рекомендуется применять щебень, получаемый дроблением слабых (марка по дробимости ниже 600) и пористых пород. Пористый щебень быстро впитывает битум, и для обеспечения необходимой подвижности смеси содержание битума приходится увеличивать.

Компоненты, рецептура и свойства В смесях для верхнего слоя требуется применять щебень из плотных и трудно полируемых горных пород, кубовидной формы максимальной крупностью до 15(20) мм. Причем для смесей I типа щебень рекомендуется фракции 3-15 с соотношением зерен размером 3-5, 5-10 и мм как 2,5:1,5:1,0. Для смесей V типа максимальный размер зерна может достигать 20 мм, а для III - 40 мм. В последнем случае прочность исходной горной породы может быть снижена на %.

Компоненты, рецептура и свойства Без особого ущерба для асфальтобетона из смесей II, III и V типов, но с большой выгодой для производства, может быть снижено требование к дробимости зерен щебня. Дробление зерен в этих асфальтобетонных смесях маловероятно, так как формирование структуры в монолит происходит под влиянием гравитации или вибрации и без участия тяжелых катков. В литых смесях II, III и V типом можно с успехом применять гравий. Благодаря окатанной форме и ультракислому характеру поверхности зерен смесь имеет повышенную подвижность при меньшем расходе битума. Битум определяет фазовым состав асфальтового вяжущего вещества в асфальтобетоне, подвержен наибольшим изменениям по сравнению с другими компонентами смеси и влияет на теплоустойчивость покрытия. Поэтому, ориентируются в основном на вязкие марки, имеющие свойства, указанные в табл. 4.

Компоненты, рецептура и свойства Если битум не обладает комплексом указанных свойств, его улучшают добавками природных битумов, битуминозных пород, эластомерами и т.п. К весьма эффективным добавкам относятся природные битумы, которые хорошо совместимы с нефтяными и просты в использовании. Природные битумы образовались из нефти в верхних слоях земной коры в результате потери легких и средних фракций - природной деасфальтизации нефти, а также процессов взаимодействия ее компонентов с кислородом или серой. На территории нашей страны природные битумы находятся в составе различных битуминозных пород и в чистом виде встречаются редко. Компоненты, рецептура и свойства Месторождения битумов залегают в виде пластов, линз, жил и на поверхности. Наибольшее количество битума содержится в пластовых и линзовых месторождениях. Жильные месторождения в нашей стране встречаются редко. Значительное количество природного битума находится в поверхностных месторождениях. По своему химическому составу эти битумы сходны с нефтяными. Природные битумы бывают твердыми, вязкими и жидкими. Твердые битумы (асфальтиты). Плотность асфальтитов кг/м 3, температура размягчения °С. В среднем асфальтит содержит 25% масел, 20% смол и 55% асфальтенов. Асфальтиты обладают повышенными адгезионными свойствами благодаря большому содержанию в их составе природных поверхностно-активных веществ - асфальтогеновых кислот и их ангидридов. Асфальтиты устойчивы к старению при воздействии солнечной радиации и кислорода воздуха.

Компоненты, рецептура и свойства Положительные результаты были получены при введении в литую смесь дробленого полиэтилена, а также тонко измельченного резинового порошка (ТИРП) в количестве 1,5% от массы минеральных материалов. В качестве добавки, повышающей теплоустойчивость литого асфальтобетона, рекомендуют использовать дегазированную серу в комовом, гранулированном (размер гранул до 6 мм) или жидком виде. Серу вводят в мешалку на горячие минеральные материалы, т.е. перед подачей битума. Количество серы назначают в пределах 0,25-0,65 от содержания битума. При этом количество битума с серой составляет 0,4-0,6 от содержания минерального порошка.

Компоненты, рецептура и свойства Подводя итог сказанному, нужно иметь в виду, что большинство перечисленных «ноу-хау» требуют преодоления серьезных технических и технологических проблем, а также дополнительных финансовых затрат, решить которые могут далеко не все организации. Увеличивая себестоимость производства, они не всегда способствуют улучшению технологических свойств смесей и эксплуатационных характеристик покрытия, а также здоровья людей и экологии. Рецептуру смесей рекомендуется подбирать по специальной методике. К расчету содержания компонентов приступают после определения зернового (гранулометрического) состава всех минеральных материалов и построения кривой рассева. Кривая должна вписываться в рекомендуемые пределы для конкретного типа смеси 53 Компоненты, рецептура и свойства Если кривая рассева не вписывается в рекомендуемые пределы, производят корректировку содержания отдельных зерен, изменяя их количество в минеральной смеси. При расчете количества минерального порошка необходимо вносить поправку на содержание в минеральной смеси пыли от песка и щебня. Далее, руководствуясь численными значениями фазового состава асфальтового вяжущего вещества (Б/МП) и его количества (Б+МП) для соответствующего типа литой смеси, вводят дозу битума (полимербитума или другого битумного вяжущего) и определяют показатели свойств. Основными показателями свойств образцов литой смеси и асфальтобетона, на заданные значения которых подбирают состав, являются для типов: I и V - подвижность, глубина вдавливания штампа и водонасыщение; II - подвижность, прочность при сжатии при +50 °С и глубина вдавливания штампа; III - подвижность и водонасыщение; IV - водонасыщение и прочность при сжатии при +50 °С.

Компоненты, рецептура и свойства Факультативно определяются прочность на растяжение при изгибе и модуль упругости при 0 °С, а также коэффициент трещиностойкости, как отношение величин указанных показателей. При полном соответствии свойств смеси и асфальтобетона требуемым (табл.), подбор считается успешно выполненным. Таблица – Физико-механические свойства литого асфальтобетона

Асфальтобетонная смесь представляет собой строительный материал, полученный искусственным путем. Согласно технологии получения, осуществляется рациональный подбор основных компонентов, а затем производится уплотнение материала вибраторами. Требования к характеристикам асфальтобетонного состава включены в ГОСТ 9128.

Какие ингредиенты используются в смеси?

В асфальтобетонном растворе присутствуют такие ингредиенты:

компоненты минерального происхождения, такие как натуральный либо измельченный песок, щебенка (гравий), примеси тонкодисперсного порошка (по необходимости);
вяжущие ингредиенты органического происхождения, например, битум.

Изначально вместо битума применялся деготь. Однако от него отказались по причине вредного влияния на здоровье человека и окружающую среду. Для смешения компонентов асфальтобетонную смесь нагревают. Назначение асфальтобетона - укладка дороги аэродромов и автодорог, обустройство промышленных полов. По принципу кладки асфальтобетон бывает:

уплотненный;
литой, отличается высокой текучестью и большим содержанием вяжущего материала, поэтому позволяет вести кладку без уплотнения.

По составу асфальтобетон бывает:

щебеночный;
гравийный;
песчаный.

Вязкость битума и максимальная температура кладки определяют такие разновидности смесей:

горячие, укладываемые при 120 °С со связующими в виде вязко-жидких дорожных битумов;
холодные, укладываемые до 5 °С, где в качестве вяжущего выступают жидкие битумные материалы нефтяного происхождения;
теплые для кладки до 70 °С на основе вязко-жидких битумов.

Однако последний тип, как отдельный вид, не встречается с 1999 года. Виды горячего асфальтобетона по величине остаточной процентной пористости:

высокоплотные - 1-2,5%;
высокопористые - 10-18%;
плотные - 2,5-5%;
пористые - 5-10%.

В холодных растворах эта величина составляет 6-10%. По максимальной величине частиц используемого минерального компонента асфальтобетонное полотно может быть:

крупнозернистым с величиной частиц до 4 см;
мелкозернистым с частицами до 2 см;
песчаным с величиной до 5 см.

тип А, в котором состав минерального камня 50-60%;
тип Б с содержанием камня 40-50%;
тип В, включающего 30-40% заполнителя.

Какие существуют алгоритмы проектирования компонентного состава асфальтобетонов?

Для подбора состава асфальтобетонного раствора выбирают рациональное соотношение компонентов. Полученные составы имеют заданную плотность и технические свойства. Существует четыре алгоритма проектирования:

Метод профессора Сахарова П. В.
Способ по модулю насыщения, предоставленный профессором Дюрье М.
Алгоритм проектирования по требуемым условиям эксплуатации покрытия, полученный изысканиями профессора Рыбьева И. А.
Подбор по кривым плотности, разработанный профессором Иванов Н. И. при содействии СоюзДорНИИ.

Пример оптимального подбора ингредиентов асфальтобетонной смеси

В качестве примера компонентов асфальтобетона предлагается рассмотреть задачу: нужна мелкозернистая горячая смесь типа Б второго сорта для создания плотного верхнего шара дороги в третьей климатической зоне. Доступны такие ингредиенты:

гранитная и известняковая щебенка зернистостью 0,5-2 см;
речной песок;
отсев после измельчения гранитной крошки;
отсев после измельчения известняка;
неактивированный минпорошок;
битум материал БНД 90/130.

На первом этапе проводится тестирование и сравнение характеристик, представленных выше ингредиентов. По результатам проверки образцов с различным соотношением компонентов сделаны выводы, что для получения асфальтобетонных смесей Б типа и второго сорта подходят , речной песок, гранитная пыль, минпорошок, битумный материал.

Известняк и пыль измельченного известнякового компонента не ответили нормативам ГОСТа по прочностным параметрам. На втором этапе рассчитывается щебень. Его содержание при крупности более 0,5 см равно 35-50%. Оптимальным в смесях является содержание 48%. В материале присутствует 95% частиц, указанной крупности, поэтому формула имеет вид:

Таким способом рассчитывают количество щебенки в смеси для фракционного состава.

На третьем этапе определяется состав минерального порошка. Вычисления начинаются с выведения массовых пропорций щебенки, песка и минпорошка с фракционным составом, согласно ГОСТу. Следовательно, содержание зерен размером менее 0,0071 см в минматериале асфальтобетона должно лежать в диапазоне 6-12%. Для вычислений берется 7%. При содержании элементов крупностью 0,0071 см 74% в порошковом минерале, формула расчета выглядит так:

Ввиду присутствия в смеси частиц менее 0,0071 см из гранитных отсевов, фракцию минпорошка принимают, равную 8%. На четвертом этапе рассчитывается количество песка. Общее его содержание составляет:

Песок =100 — (Щебенка минпорошок) = 100 — (50 8) = 42%.

В примере используется речной и гранитный отсев песка. Поэтому пропорции каждого определяются по отдельности. Процентное отношение речного компонента и гранитного отсева устанавливается по их фракции крупностью менее 0,125 см. Для асфальтобетонной смеси зерна должны находиться в количестве 28-39%. Берутся средние 34%, 8% из которых рассчитаны как доля минпорошка. Следовательно, песка нужно 34-8=26% для частиц крупностью менее 0,125 см. Так как массовая часть этих зерен в речном песчаном материале составляет 73%, гранитной пыли - 49%, пропорция для асфальтобетонных смесей Б типа имеет вид:

Округляем полученную величину до 22%, следовательно, содержание отсева из гранитной крошки составляет 42 — 22 = 20%. Подобный расчет проводится для каждой фракции песка и отсева. Данные сводятся в таблице и суммируются величины с размерами меньше заданных для каждого отдельного ингредиента, затем сравниваются с требованиями ГОСТа.

На пятой стадии рассчитывается содержание битумного компонента. Согласно условиям, щебенка, песок, отсев измельченного гранита, минпорошок смешиваются с 6% вяжущего ингредиента, что соответствует средней величине, требуемой в нормативном документе. Готовятся три образца смеси с высотой 7,14 см и соответствующего диаметра. Далее, производится уплотнение комбинированным методом:

три минуты на виброплощадке при давлении 0,03 МПа;
трехминутным уплотнением на вибропрессе при давлении 20 МПа.

Спустя двое суток определяется средняя плотность, то есть масса в величинах объема асфальтобетона, реальная плотность минеральной составляющей смеси r°. По полученным данным, помимо плотности, рассчитывается пористость минеральной составляющей тестируемых образцов.

Приблизительное количество битумного вяжущего определяется по действительной плотности всех ингредиентов с учетом остаточной пористости асфальтобетона V пор = 4%. При этом средняя плотность проб асфальтобетона с содержанием битума 6% на 100% минералов составляет 2,35 г/см3. Следовательно, формулы расчета имеют вид:

Далее готовится еще три образца асфальтобетона с содержанием битума 6,2% для определения остаточной пористости. Если ее величина составит 4,0 ± 0,5%, готовятся дополнительные 15 образцов такой смеси и тестируют их, согласно ГОСТ 9128-84.

При обнаружении несоответствия с требованиями нормативного документа, производится корректировка смеси и последующие ее испытания, как указано выше.

3.8. Необходимо подобрать состав мелкозернистой горячей асфальтобетонной смеси типа Б марки II для плотного асфальтобетона, предназначенного для устройства верхнего слоя покрытия в III дорожно-климатической зоне.

Имеются следующие материалы:

щебень гранитный фракции 5-20 мм;

щебень известняковый фракции 5-20 мм;

песок речной;

материал из отсевов дробления гранита;

материал из отсевов дробления известняка;

минеральный порошок неактивированный;

битум нефтяной марки БНД 90/130 (по паспорту).

Характеристика испытываемых материалов приведенаниже.

Щебень гранитный: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 1000, марка по износу - И-I, марка по морозостойкости - Мрз25, истинная плотность - 2,70 г/см 3 ;

щебень известняковый: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 400, марка по износу - И-IV, марка по морозостойкости - Мрз15, истинная плотность - 2,76 г/см 3 ;

песок речной: содержание пылеватых и глинистых частиц - 1,8%, глины - 0,2% массы, истинная плотность - 2,68 г/см 3 ;

материал из отсевов дробления гранита марки 1000:

материал из отсевов дробления известняка марки 400: содержание пылеватых и глинистых частиц - 12%, глины - 0,5% массы, истинная плотность - 2,76 г/см 3 ;

минеральный порошок неактивированный: пористость - 33% объема, набухание образцов из смеси порошка с битумом - 2% объема, истинная плотность - 2,74 г/см 3 , показатель битумоемкости - 59 г, влажность - 0,3% массы;

битум: глубина проникания иглы при 25°С - 94×0,1 мм, при 0°С - 31×0,1 мм, температура размягчения - 45°С, растяжимость при 25°С - 80 см, при 0°С - 6 см, температура хрупкости по Фраасу - минус 18°С, температура вспышки - 240°С, сцепление с минеральной частью асфальтобетонной смеси выдерживает, индекс пенетрации - минус 1.

По результатам испытаний пригодными для приготовления смесей типа Б марки II можно считать щебень гранитный, песок речной, материал из отсевов дробления гранита, минеральный порошок и битум марки БНД 90/130.

Таблица 7

Минеральный материал	Массовая доля, %, зерен мельче данного размера, мм
Минеральный материал
Исходные данные
Щебень гранитный
Песок речной
Материалы из отсевов дробления гранита
Минеральный порошок
Расчетные данные
Щебень гранитный (50%)
Песок речной (22%)
Материалы из отсевов дробления гранита (20%)
Минеральный порошок (8%)

Требования ГОСТ 9128-84 для смесей типа Б

Щебень известняковый и материал из отсевов дробления известняка не отвечают требованиям табл. 10и 11ГОСТ 9128-84 по показателям прочности.

Зерновые составы отобранных минеральных материалов приведены в табл. 7 .

Расчет состава минеральной части асфальтобетонной смеси начинают с определения такого соотношения масс щебня, песка и минерального порошка, при котором зерновой состав смеси этих материалов удовлетворяет требованиям табл. 6 ГОСТ 9128-84 .