CC BY
229
УДК 666.972.56
АСФАЛЬТОБЕТОН ИЗ ГОРЯЧИХ СМЕСЕЙ
А. Н. Рябошапка к. т. н., доц.
Ключевые слова: асфальтобетон, горячие смеси, битум, вязкость, классификация асфальтобетонов.
Постановка проблемы. Асфальтобетоном называют материал, который получают после уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в нагретом состоянии щебня,или гравия, песка, минерального порошка и битума в рационально подобранных соотношениях.
Асфальтобетонные смеси являются основным видом битумоминеральных смесей. Существует большое количество смесей, которые различаются по крупности и количеству щебня, содержанию природного или дробленого песка, количеству минерального порошка, вязкости битума. В результате получают смеси с различной структурой, которая и обеспечивает сопротивление покрытий эксплуатационным воздействиям. Смеси, состоящие из минерального порошка, песка и битума, представляют собой асфальтовый раствор, их механические свойства определяются главным образом вязкостью битума. Чем меньше в смеси скелетообразующих частиц, тем выше должна быть вязкость битума.
Гранулометрический состав асфальтобетонной смеси определяет содержание пор в минеральной части асфальтобетона, которое, в свою очередь, определяет количество битума в смеси и взаимосвязано с остаточной пористостью. Оптимальная остаточная пористость взаимосвязана с вязкостью связующего вещества и комплексом эксплуатационных факторов -транспортных, атмосферных, климатических. Например, при маловязком разжиженном битуме необходима высокая пористость асфальтобетона, обеспечивающая быстрое испарение легких фракций из битума и, как следствие, повышение сопротивления эксплуатационным факторам. Комплекс эксплуатационных факторов влияет также на выбор марки битума. В холодном климате надо применять битум с меньшей вязкостью, чем в жарком. Тяжелое движение транспортных средств диктует применение высоковязкого битума.
Асфальтобетонные смеси подразделяются на щебеночные, гравийные и песчаные.
В зависимости от размера зерен минеральных материалов асфальтобетонные смеси подразделяют на крупнозернистые с зернами до 40 мм, мелкозернистые - до 200 мм, песчаные - до 5 мм
Асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от значения остаточной пористости подразделяют на плотные с остаточной пористостью от 2 до 7 %, пористые с остаточной пористостью свыше 7 до 12%, высокопористые с остаточной пористостью свыше 12 до 18 %.
Асфальтобетон из горячих смесей наиболее широко променяют в дорожном строительстве. Покрытия из асфальтобетона наиболее устойчивы к воздействию автомобилей и атмосферных факторов. Все это обусловливается вязкостью битума. Асфальтобетон из горячих смесей применяют для строительства верхних и нижних слоев покрытия практически во всех климатических районах страны.
Крупнозернистые асфальтобетонные смеси применяют только для устройства нижнего слоя покрытия, шероховатая и пористая поверхность которого обеспечивает хорошее сцепление с верхним слоем.
Мелкозернистые многощебенистые асфальтобетонные смеси (тип А) применяют только для устройства верхнего слоя покрытия на участках с большими продольными уклонами при тяжелом и интенсивном движении. Покрытия из этих смесей обладают повышенной шероховатостью, что обеспечивает хорошее сцепление с автомобильными шинами.
Среднещебенистые асфальтобетонные смеси (тип Б) применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий при интенсивном движении. Асфальтобетон этого типа обладает достаточно высокой сопротивляемостью механическим и атмосферным факторам.
Малощебенистые асфальтобетонные смеси (тип В) применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий при средней интенсивности движения с дополнительным втапливанием щебня для создания шероховатой поверхности.
Песчаные асфальтобетонные смеси, приготовленные на дробленом песке, применяют для устройства верхнего слоя покрытий на дорогах со средней интенсивностью движения и на участках, где требуется создание водонепроницаемого слоя. Песчаные асфальтобетонные смеси
на природном песке обладают меньшей сопротивляемостью усилиям, возникающим при движении транспортных средств, чем перечисленные выше типы смесей, поэтому их применяют для устройства покрытий на автомобильных дорогах с легким движением, а также для полов в цехах промышленных предприятий, тротуаров, отмосток [1].
Основной материал. Выбор материалов и технические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобетоне, типом асфальтобетона и его назначением в дорожной одежде.
Щебень. Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а также прочные и морозостойкие медленноохлажденные металлургические шлаки. Прочность при сжатии горных пород должна быть не менее 100.. .120 МПа, а осадочных карбонатных пород и металлургических шлаков -не менее 80.100 МПа. Несколько пониженные требования к прочности известняков, доломитов и шлаков компенсируются повышенной прочностью асфальтобетона в связи с хорошим прилипанием битума к этим материалам.
Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 2 %. Форма зерен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, а поверхность - к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зерен ограничивается 15.25 %. Щебень для асфальтобетонных смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия - не менее 25 циклов.
Песок. Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют природные и дробленые пески и отсевы продуктов дробления горных пород и гравия. Песок должен быть чистым и содержать пылевато-глинистых частиц не более 3 % по массе.
Дробленый песок получают дроблением скальных пород или кристаллических металлургических шлаков. В зависимости от прочности исходной горной породы дробленый песок делят на две марки: 800 и 400. Для первой из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 80 МПа, для второй - не ниже 40 МПа.
Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовления асфальтобетона применяют крупно- и среднезернистые пески.
Минеральный порошок. Для асфальтобетонных смесей минеральный порошок получают размолом известняков, доломитов (прочностью не менее 20 МПа), битуминозных известняков и других карбонатных пород.
В ряде случаев в качестве минеральных порошков применяют местные материалы -порошкообразные отходы промышленности (пыль - унос цементных заводов, золы, дефекационные отходы сахарных заводов, отходы асбестоцементного производства). Важно установить также расход битума, технологические свойства смеси на принятом порошке и влияние порошка на долговечность асфальтобетона.
Значительно улучшаются свойства минеральных порошков после предварительной гидрофобизации, т. е. обработки небольшими дозами битума малой вязкости или другими гидрофобизирующими веществами (торфяным или древесным дегтем, ферролигносульфонатом и др.). Гидрофобизированные порошки при хранении не комкуются, при транспортировании не распыляются, значительно улучшают перемешивание и уплотнение смесей; расход битума при приготовлении асфальтобетонных смесей уменьшается [3].
Битумы. Марку вязкого битума, а также класс и марку жидкого битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий района строительства и категории дороги.
Для приготовления горячих смесей применяют вязкие нефтяные битумы марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90 по ГОСТ 22245 - 76 [2].
Поверхностно-активные вещества. Применяемые в асфальтобетоне ПАВ разделяют на анионактивные (АПАВ), катионактивные (КПАВ) и неионогенные (НПАВ). АПАВ улучшают сцепление битума с поверхностью минеральных материалов основного характера (известняки, доломиты и др.), в то время как КПАВ - с поверхностью кислых пород (граниты, песчаники, кварциты и др.) и НПАВ - с поверхностью минеральных материалов как основных, так и кислых горных пород [3].
Рекомендуемый предел концентрации ПАВ при введении в битум: для катионных 0,25.1,5 % массы битума, для анионных 3.6 %, для неионных 5.8 %.
Асфальтобетон в конструкции в зависимости от температуры и условий деформирования может находиться в следующих структурных состояниях:
-- упругохрупком, при котором минеральный остов строго фиксирован застеклованными прослойками битума. В этом случае асфальтобетон по свойствам приближается к цементобетону и другим искусственным материалам и кристаллизационными связями;
-- упругопластичном, когда зерна минерального остова соединены прослойками битума, которые проявляют при напряжениях, не превышающих предел текучести, упругие и эластические свойства, а при больших напряжениях - упруговязкие свойства;
-- вязкопластичном, при котором зерна минерального остова соединены полужидкими прослойками битума и небольшое напряжение приводит к деформированию материала.
Прочность. Свойство асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием механических напряжений характеризует прочность. Особенностью разрушения асфальтобетона по сравнению с цементобетоном и другими подобными материалами является резко выраженная зависимость прочности от времени действия нагрузки и температуры.
Основным требованием, которому должен удовлетворять асфальтобетон, работающий в условиях повышенных положительных температур, является его сдвигоустойчивость. Прочность при сдвиге асфальтобетона при повышенных температурах может быть охарактеризована видоизмененным уравнением Кулона:
т = р tgpaб + сс + 2б,
где т -- прочность асфальтобетона при статическом сдвиге, МПа;
Р - удельная нормальная нагрузка при сдвиге, МПа;
(Раб - угол внутреннего трения асфальтобетона с учетом смазывающего действия битума;
Сс - зацепление зерен при сдвиге асфальтобетона, МПа;
Еб - сцепление в асфальтобетоне, содержащем битум в количестве б.
Сдвигоустойчивость оценивают косвенно по результатам испытания прочности при сжатии. Прочность асфальтобетона при сжатии принято оценивать по испытанию цилиндрических образцов на сжатие при 50, 20 и 0 °С и скорости деформирования 3 мм/мин. Наиболее важен показатель прочности при 50 °С, по которому судят о поведении асфальтобетонного покрытия под нагрузкой в летнее время. Показатель прочности при 0 ° С косвенно характеризует трещиностойкость асфальтобетона при низкой температуре.
Для характеристики пластичности асфальтобетона при положительных температурах, когда возможно возникновение деформаций покрытий (волны, наплывы), служит показатель пластичности
K =
lg R1/R2 lg vi/v2
где Я1 и Я2 - пределы прочности при сжатии, МПа;
VI и v2 - скорости деформирования (обычно 3 и 30 мм/мин).
Асфальтобетон считают непластичным, если при 50 °С К < 0,10, нормальной пластичности при К = 0,15... 0,24 и пластичными при К > 0,25.
Прочность асфальтобетона при растяжении определяют непосредственным растяжением специально приготовленного и закрепленного образца или более простым методом, не требующим специального приготовления образцов сложной формы. Цилиндрический образец асфальтобетона диаметром D и высотой Н подвергают сжатию по образующей. Прочность при растяжении по этому методу
Р
Rp = а-
р DH
где а -- коэффициент (для пластичного тела а = Р - разрушающее усилие; D и Н - диаметр и высота образца, см.
1, для хрупких тел а = 0,63);
Деформативность асфальтобетона .Оценивают по относительной деформации асфальтобетонных образцов при испытании на изгиб или растяжение. Покрытие будет устойчивым против образования трещин, если асфальтобетон обладает относительным удлинением при 0 ° С не менее 0,004.0,008, а при -20 ° С не менее 0,001.0,002 (при скорости деформации, близкой к 5.10 мм/мин).
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Дорожно-строительные материалы:[учеб. для вузов] / И. М. Грушко, И. В. Королев, И. М. Борщ, Г. М. Мищенко - М.: Транспорт, 1991. - 357 с.
2. Руденская И. М. Органические вяжущие для дорожного строительства / И. М. Руденская, А. В. Руденский.- М.: Транспорт, 1984. - 229 с.
3. Королев И. В. Материалы и изделия для строительства дорог / И. В. Королев: под ред. Н. В. Горелышева. - М.: Транспорт, 1986. - 288 с.
УДК 666.972.56
Асфальтобетон из горячих смесей / А. Н. Рябошапка // Вкник ПридншровськоТ державноТ академн будiвництва та архггектури. -- Днепропетровск : ПГАСА, 2009. -- № 12. - С. 25 - 29. - Библиогр.:(3 назв.)
Рассмотрены виды асфальтобетонов из горячих смесей, их применение, приведена классификация в зависимости от размера зерен минеральных материалов, от значения остаточной пористости. Представлены материалы и требования к ним в зависимости от их роли в асфальтобетоне, а также основные свойства асфальтобетонов и методы их определения.
Ключевые слова: асфальтобетон, горячие смеси, битум, вязкость, классификация
Асфальтобетон з гарячих сумшей / Рябошапка А.М. // Вкник ПридншровськоТ державноТ академн будiвництва та арх^ектури.- Дншропетровськ: ПДАБА, 2009 - № 12. -С. 25 - 29. - Бiблiогр.:(3 назв)
Розглянуто види асфальтобетону з гарячих сумшей, !х уживання, наведена класифшащя залежно вщ розмiру зерен мшеральних матерiалiв, вiд значення залишково! пористостi. Наведено матерiали i вимоги до них залежно вщ !х ролi в асфальтобетонi, а також основш властивостi асфальтобетону i методи !х визначення.
Ключовi слова: асфальтобетон, гаряч1 сум1ш1, бтум, в'язюсть, класифтащя
Bituminous concrete from hot mixtures / Rayboshapka A.N.// Visnyk of Pridneprovsk state academy of civil engineering and architecture.- Dnipropetrovs'k: PGASA, 2009 - № 12. P. 25 -29. - Bibliog.:(3 titles)
The types of bituminous concretes from hot mixtures, their application are considered in the article. Classification that depending on the size of grains of mineral materials, on the value of remaining porosity is resulted in the article. Materials and requirements to them that depending on their role in a bituminous concrete, and also basic properties of bituminous concretes and methods of their determination are presented in the article.
Keywords: bituminous concrete, hot mixtures, bitumen, viscidity, classification
