8. Зависимость свойств битума от температуры

Битумы является термопластичными материалами, т.е. при нагревании они размягчаются и снова отвердевают при охлаждении. Поэтому характерной особенностью битумов является их чувствительность к изменению температуры. При изменении температуры битумы сильно изменяют свойства и главным образом вязкость. Вязкость битумов изменяется в широких пределах при переходе от жидкого состояния в условиях высоких технологических температур, до твердого при низких температурах.

При нагреве до температуры 120-150⁰ С дорожные битумы переходят в жидкое состояние и обладают минимальной вязкостью. В таком состоянии битумы хорошо смачивают и обволакивают минеральные материалы, образуя на них прочную водоустойчивую пленку (например, при производстве асфальтобетонных смесей).

При нормальной температуре вязкие битумы находятся в вязкопластичном или вязком (полутвердом) состоянии, имея достаточно высокие вязкость и твердость. Условную вязкость (пенетрацию) и растяжимость битумов определяют при 25⁰С. При повышении температуры до 40-50⁰ С битумы переходят в жидкообразное состояние, их вязкость и твердость резко понижаются.

При отрицательных температурах (-10…-30⁰ С) вязкость и прочность битумов относительно велики – они приобретают свойства твердого тела (упругость, хрупкость).

Для определения показателей теплоустойчивости и трещиностойкости определяют температуры размягчения и хрупкости битумов.

Различия в изменении вязкости битумов в интервале эксплуатационных температур проявляются в свойствах асфальтобетонов. При высоких эксплуатационных температурах повышается пластичность, понижаются прочность и сдвигоустойчивость, а при отрицательных температурах возрастает прочность и снижается трещиностойкость асфальтобетонов.

Для понижения температурной чувствительности битумов в интервале эксплуатационных температур в них вводят модифицирующие полимерные добавки (полимеры типа СБС, «Каудест-Д», синтетические каучуки и др.). Добавки увеличивают твердость вяжущего при высоких и уменьшают при низких эксплуатационных температурах, а также придают вяжущему эластические свойства – способность к обратимым деформациям в широком интервале температур. Асфальтобетоны на битумах, модифицированных полимерами, обладают повышенными показателями сдвигоустойчивости, трещиностойкости и усталостной долговечности.

9. Понятие об асфальтобетонной смеси и асфальтобетоне. Влияние

компонентов смеси на структуру и свойства асфальтобетона.

Перечислите основные принципы, заложенные в проектировании

состава асфальтобетонной смеси

Асфальтобетонная смесь – это рационально подобранная рыхлая смесь крупного, мелкого заполнителя, наполнителя, битума и, при необходимости, добавок тщательно перемешанная в нагретом состоянии. Асфальтобетон – это композиционный строительный материал, полученный путем уплотнения и, при необходимости, остывания уплотненной асфальтобетонной смеси, после чего его свойства должны соответствовать действующим нормам (требованиям стандартов, технических условий).

В состав асфальтобетона входят:

а) крупные заполнители (щебень, гравий, их смеси);

б) мелкие заполнители (пески природ., дробленые, их смеси);

в) наполнитель (минеральный порошок);

г) битум нефтяной (вязкий или жидкий).

Каждый компонент выполняет свою функцию, играет свою роль в формировании структуры и свойств асфальтобетона:

1. Крупный заполнитель (щебень, гравий, их смеси).

В структуре асфальтобетона играет роль скелетного компонента, при его содержании более 50 % массы минеральной части он образует пространственный каркас из соприкасающихся зерен (контактная макроструктура). Если зерен щебня или гравия от 50 % до 40 % массы минеральной части, то эти зерна теряют межзерновые контакты, они «плавают» в растворной части и каркас (скелет) из зерен щебня или гравия не образуется. Такая ситуация соответствует базальной макроструктуре. При содержании зёрен крупного заполнителя от 40 до 30 % - образуется поровая структура.

2. Мелкий заполнитель (песок природный, дроблены, их смеси) играет двойственную роль: а) как компонент общей минеральной части асфальтобетона, способствует повышению плотности упаковки зерен, заполняя межзерновое пространство в щебне (гравии) и таким образом повышает прочность асфальтобетона; б) в составе асфальтобетонного раствора играет роль скелетного компонента при его содержании более 50 % объема массы минеральной части раствора.

3. Наполнитель (минеральный порошок) играет двойственную роль: а) как компонент минеральной части асфальтобетона, способствует повышению плотности упаковки зерен, заполняя межзерновое пространство в смеси щебня (гравия) и песка и таким образом повышает прочность асфальтобетона; б) в составе асфальтовяжущего (битумной мастики) играет роль компонента, регулирующего структуру пленочного битума, вязкость, прочность, теплоемкость, клейкость битумного вяжущего.

4. Битум

В асфальтобетоне играет двойственную роль: а) битум обволакивает, смачивает и склеивает зерна минеральной части, обеспечивая монолитность, прочность и плотность асфальтобетона (функция «битум-клей»); б) битум при обволакивании им минеральных зерен играет роль смазки, уменьшающей коэффициент внутреннего трения (tg ) (функция «битум-смазка»).

В разных странах используют различные методы подбора состава асфальтобетона. В России используют преимущественно метод предельных кривых зернового состава минеральной части. В его основе лежат следующие принципы:

1.Предполагается, что существуют области зерновых составов полизернистой минеральной части асфальтобетона, обладающие минимальной межзерновой пустотностью.

2.Эти области могут быть ограничены кривыми гранулометрии минеральной части, которые получили название предельные кривые

3.Состав минеральной части из компонентов, обладающих собственными зерновыми составами (щебня или гравия, песка, минерального порошка), для асфальтобетона заданного вида и типа считается подобранным, если после подбора кривая гранулометрии минеральной части располагается в области, ограниченной предельными кривыми или предельными значениями содержаний фракций зерен.

4. Необходимое содержание битума в смеси определяют исходя из разности между пористостью минерального остова и остаточной пористостью уплотненного асфальтобетона. Однако расчетные дозировки битума следует корректировать при приготовлении контрольных замесов в зависимости от результатов испытаний сформованных образцов асфальтобетона.