Подбор состава асфальтобетона

ПОДБОР СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОНА

Общие положения

4.1. При подборе состава асфальтобетона любого вида, типа и марки следует руководствоваться следующим:

а) одним из важных факторов, обеспечивающих требуемое качество асфальтобетона, является зерновой состав его минеральной части. Последний должен придать оптимальную плотность асфальтобетону, а при необходимости – повышенную шероховатость. Когда имеются соответствующие материалы (главным образом крупный или средний песок), минеральную часть асфальтобетона рекомендуется подбирать по принципу непрерывной гранулометрии (см. табл. 1.8 и рис. 1.1 и 1.2) и только при отсутствии крупного или среднего песка (природного или дробленого) следует использовать принцип прерывистой гранулометрии, когда остов из щебня (35 – 65 %) заполняют смесью, не содержащей зерен размером 5 – 0,63 мм (см. табл. 1.8 и рис. 1.3). Минеральную часть холодного асфальтобетона подбирают только по принципу непрерывной гранулометрии (см. табл. 1.9 и рис. 1.4).

Смесь щебня, песка и минерального порошка подбирают таким образом, чтобы кривая зернового состава располагалась в зоне, ограниченной предельными кривыми, и была по возможности плавной без резких переломов.

В соответствии с классификацией асфальтобетона по типам его минеральная часть может быть каркасной и бескаркасной. В асфальтобетоне типа А каркас образуют зерна щебня, количества которых достаточно для создания жесткой пространственной системы, когда эти зерна соприкасаются друг с другом. В песчаном асфальтобетоне каркас хотя и менее жесткий, но создается крупным песком (5 – 1,25 мм). В бескаркасном асфальтобетоне зерна щебня или крупного песка не соприкасаются друг с другом и не создают каркаса. Приблизительно 40 – 45 % щебня (или крупного песка) служит границей между каркасной и бескаркасной системами. Каркасный асфальтобетон, в том числе песчаный типа Г, обладает повышенной сдвигоустойчивостью и рекомендуется для применения в условиях более тяжелого и интенсивного движения автомобилей;

б) качество асфальтобетона можно повысить, применяя активированный минеральный порошок, активированный известью песок, вводя в асфальтобетонную смесь добавки ПАВ, совершенствуя технологический процесс приготовления асфальтобетонных смесей (улучшая качество перемешивания) и повышая степень уплотнения покрытия. Чтобы увеличить прочность и сдвигоустойчивость асфальтобетонов типов В и Д при высоких летних температурах рекомендуется повысить вязкость битума (в пределах, возможных для данного типа асфальтобетона) и увеличить содержание минерального порошка (в рекомендуемых пределах);

в) шероховатость поверхности асфальтобетонных покрытий обеспечивается высоким содержанием щебня (50 – 65 %) из труднополирующихся горных пород (типа А), или применением дробленого песка из труднополирующихся горных пород (тип Г), или применением щебня в сочетании с дробленым песком из труднополирующихся горных пород (типы Б, Бх), а также за счет втапливания черного щебня в поверхностный слой покрытия или за счет устройства шероховатого коврика методом поверхностной обработки (типы Б, Бх, В, Вх, Д и Дх);

г) щебень должен быть прочным, кубовидной или тетраэдальной формы, благодаря чему уменьшается его дробимость при уплотнении и износ при эксплуатации. Для устройства шероховатых покрытий рекомендуется щебень из горных пород мелкозернистой кристаллической структуры, при износе сохраняющий шероховатость естественного окола. Чем меньше окатаны зерна щебня, тем выше сдвигоустойчивость асфальтобетонного покрытия.

Лучшим сцеплением с нефтяным битумом обладают: из изверженных и метаморфических пород – основные и ультраосновные (базальт, диабаз, перидотит, серпентин, габбро и т.п.), из осадочных – карбонатные (известняк, доломит). Последние отличаются повышенной шлифуемостью, что препятствует применению их в асфальтобетоне, предназначенном для устройства покрытий с шероховатой поверхностью. Щебень из кислых горных пород (гранит, сиенит, диорит и др.), как правило, плохо сцепляется с нефтяным битумом. В случае необходимости сцепление можно обеспечить введением ПАВ в битум или активаторов в смесь минеральных материалов;

д) на свойства асфальтобетона (особенно песчаного) значительное влияние оказывает качество песка. Асфальтобетон с дробленым песком более сдвигоустойчив, чем с природным, но требует большей работы катков при уплотнении. Покрытие из песчаного асфальтобетона, полученного на основе дробленого песка (из прочных некарбонатных горных пород), обладает повышенной сдвигоустойчивостью и длительно сохраняющейся шероховатостью поверхности.

Для улучшения качества природный песок рекомендуется активировать известью в процессе механической обработки. Это изменяет адсорбционные свойства поверхности зерен песка. Одновременно зерна природного песка приобретают острогранную форму, что повышает его угол внутреннего трения1;

1 Предложения по повышению качества песчаного асфальтобетона. Балашиха, Моск. обл., Союздорнии, 1970.

Предложения по применению активированных песков в асфальтобетоне. Балашиха, Моск. обл. Союздорнии, 1969.

е) одним из эффективных способов использования гравия для приготовления асфальтобетонных смесей является его дробление с одновременной физико-химической активацией. В процессе такой переработки происходит избирательное дробление (больше измельчаются наиболее слабые зерна), а свежеобразованные поверхности минеральных зерен обрабатываются активирующей смесью, состоящей из ПАВ и битума. Получается качественно новый материал, в котором существенно изменены форма зерен, зерновой и петрографический составы отдельных фракций, свойства поверхности.

Регулируя режим работы дробилки, можно получить минеральную часть, состоящую из требуемого количества щебня, дробленого песка и минерального порошка, частицы которого оказываются наиболее эффективно обработанными активирующей добавкой.

Асфальтобетон с активированным дробленым гравием характеризуется высокой тепло-, водо- и морозостойкостью. Эта технология особое значение имеет для районов, лишенных прочных каменных материалов, но обладающих месторождениями гравия;

ж) минеральный порошок выполняет роль добавки, структурирующий битум и образующий с ним асфальтовяжущее вещество, которое склеивает в монолит зерна щебня и песка. Минеральный порошок придает асфальтобетону надлежащую плотность, прочность и теплостойкость, но при избыточном содержании в горячем асфальтобетоне (а в некоторых случаях и в теплом) обусловливает рост хрупкости и уменьшение деформативности при низких температурах.

В холодном асфальтобетоне оптимальное количество минерального порошка несколько выше, чем в горячем и теплом, так как применяется менее вязкий битум.

Чрезмерное измельчение минерального порошка (удельная поверхность более 6 – 8 тыс. см2 на 1 г) увеличивает его пористость, соответственно и пористость минеральной части асфальтобетона (особенно если порошка более 8 – 10 %), что приводит к повышенному расходу битума. Высокая пористость порошков характерна для многих порошкообразных отходов промышленности (пыли уноса цементных заводов, золы уноса ТЭЦ, фильтрпрессных отходов сахарных заводов и др.).

Примесь глины в минеральном порошке значительно увеличивает способность асфальтобетона к набуханию и снижает его водо- и морозостойкость. При этом, чем меньше вязкость и содержание битума в асфальтобетоне, тем сильнее проявляется отрицательное свойство глины.

Для повышения качества минеральный порошок (в том числе и порошок с некоторым содержанием глинистых примесей) активируют (обрабатывают в процессе размола) смесью ПАВ и битума.

Асфальтобетон с активированным минеральным порошком обладает повышенной прочностью, плотностью, водо- и морозостойкостью. Активированный минеральный порошок в холодном асфальтобетоне, кроме того, способствует сокращению сроков уплотнения и формирования покрытия под движением автомобилей.

В асфальтобетоне с активированным минеральным порошком можно уменьшить содержание битума на 10 – 20 % по сравнению с асфальтобетоном на неактивированном порошке. В I дорожно-климатической зоне и в районах с резко континентальным климатом II зоны для горячего асфальтобетона с активированным минеральным порошком рекомендуется применять битум пониженной вязкости (на 30 – 50 ед. глубины проникания больше, чем рекомендуется табл. 2.1) или активировать минеральный порошок смесью ПАВ с маловязким битумом (БНД 200/300, БНД 130/200). Это повысит устойчивость асфальтобетона против образования трещин при низких температурах. Для холодного асфальтобетона минеральный порошок рекомендуется активировать смесью ПАВ с более вязким битумом;

з) прочность, водо- и морозостойкость асфальтобетона во многом зависят от свойств битума. Вязкие битумы должны обладать комплексом структурно-механических свойств: эластичностью и пластичностью при низкой температуре, достаточной прочностью и теплостойкостью при высокой температуре, стойкостью против старения при технологической переработке и эксплуатации, прочным сцеплением с поверхностью минеральных материалов.

Качество битумов зависит от природы сырья и технологии его переработки.

Жидкие дорожные битумы должны: хорошо обволакивать минеральный материал, обеспечивая требуемую начальную прочность и удобообрабатываемость асфальтобетона; способствовать быстрому формированию структуры покрытия; придавать достаточную прочность, тепло- и морозостойкость покрытию при высокой и низкой температурах в период эксплуатации; обладать прочным сцеплением с поверхностью минеральных материалов, обеспечивая тем самым высокую водостойкость покрытия.

В битуме, как правило, имеется некоторое количество поверхностно-активных соединений (прежде всего асфальтогеновых кислот и их ангидридов). В зависимости от их содержания битум может быть активным (с кислотным числом выше 0,7 мг КОН/г) и неактивным (кислотное число ниже 0,7 мг КОН/г).

Активные битумы, как правило, хорошо сцепляются с сухой поверхностью минеральных материалов карбонатных, ультраосновных и основных пород (известняков, доломитов, базальтов, диабазов и т.п.), содержащих более 50 % окислов тяжелых и щелочно-земельных металлов, и не образуют прочной связи с поверхностью минеральных материалов кислых и ультракислых пород (кварцитов, гранитов, сиенитов, трахитов и т.п.), в составе которых содержится менее 30 % указанных окислов. Неактивные битумы, как правило, плохо сцепляются с поверхностью большинства минеральных материалов.

С влажной поверхностью минеральных материалов сцепление битумов обычно плохое. Сцепление битума с поверхностью минеральных материалов, оказывающее влияние на коррозионную стойкость асфальтобетона, повышают введением ПАВ или использованием активаторов.

Чем более вязкий битум применяется в асфальтобетоне, тем выше прочность последнего. Однако чрезмерно высокая вязкость битума в горячем и теплом асфальтобетоне (для данных климатических условий) может привести к образованию трещин на покрытии, а в холодном – к слеживаемости при хранении;

и) количество битума в смеси должно быть оптимальным, обеспечивающим максимальную прочность асфальтобетона при данном минеральном материале и оптимальную остаточную пористость.

Избыток битума снижает прочность, сдвигоустойчивость и повышает пластичность асфальтобетона, что ведет к образованию сдвигов и волн на покрытии в жаркую погоду. Асфальтобетон с избытком битума характеризуется малой величиной водонасыщения (менее 1 %). Недостаток битума снижает прочность, водо- и морозостойкость (коррозионную стойкость) асфальтобетона. О недостатке битума в асфальтобетоне свидетельствует большая величина водонасыщения.

В южных районах и в засушливом климате (IV и V дорожно-климатические зоны) рекомендуется подбирать асфальтобетон с верхним пределом величины остаточной пористости, особенно для покрытий с шероховатой поверхностью. В холодных асфальтобетонных смесях количество жидкого битума снижают на 10 – 15 % против оптимального, чтобы уменьшить слеживаемость. В связи с этим остаточная пористость лабораторных образцов холодного асфальтобетона значительно выше, чем горячего и теплого. С течением времени в покрытии плотность холодного асфальтобетона становится близкой или равной плотности горячего и теплого асфальтобетона;

к) при подборе состава асфальтобетона с активированным минеральным порошком и активированным песком следует дополнительно руководствоваться «Техническими указаниями по производству активированных минеральных порошков и применению их в асфальтобетоне» (ВСН 113-65) и «Предложениями по применению активированных песков в асфальтобетоне».

4.2. Состав асфальтобетона подбирают в три этапа: определяют качество минеральных материалов и битума, соответствие их свойств установленным требованиям; устанавливают соотношение минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка), при котором минеральная часть асфальтобетона имеет оптимальную плотность; определяют оптимальное содержание битума, обеспечивающее асфальтобетону наилучшие показатели физико-механических свойств при данных минеральных материалах.

Ниже излагается наиболее распространенный метод подбора состава асфальтобетона, согласно которому минеральную часть рассчитывают исходя из зерновых составов, рекомендуемых ГОСТ 9128-76, а количество битума вычисляют исходя из остаточной пористости, установленной для данного вида, типа и марки асфальтобетона (см. табл. 1.4 и 1.5). Подобранный состав уточняют с целью получения наилучших показателей физико-механических свойств стандартных асфальтобетонных образцов.