Если мощность пресса недостаточна для одновременного уплотнения трёх образцов, его оборудуют аналогичными приспособлениями с одной формой. При отсутствии кассеты используют одиночные формы.

Для формования включают электродвигатель пресса и давление доводят до 40 МПа, через 3 мин нагрузку снимают и извлекают образец. Скорость деформирования составляет 3 мм/мин.

Для расчёта коэффициента уплотнения необходимо определить среднюю плотность образцов следующим образом [14].

Образцы взвешивают на воздухе, затем погружают на 30 мин в ёмкостьс водой,имеющейтемпературу20 2 С,после этогообразцы

взвешивают в воде, вытирают и вторично взвешивают на воздухе. На основании полученных данных определяют среднюю плотность образца по формуле

m1 m2

где m0 масса образца, взвешенного на воздухе, г; m1 масса образца, выдержанного в воде в течение 30 мин и затем взвешенного на воздухе, г; m2 масса того же образца, взвешенного в воде, г; в истинная плотность воды, равная 1 г/см3.

1.2. Структура асфальтобетонной смеси

Структура и свойства асфальтовых бетонов, определяемых согласно ГОСТ, значительно отличаются от свойств асфальтобетонных смесей. Так, в данном случае смеси являются сырьём, имеющим короткий срок жизни (максимум несколько часов) и определённые условия изготовления, а бетон – готовым изделием, работающим в различных условиях длительное время (5–10 лет) [12, 41, 44].

10

Асфальтобетон получают из асфальтобетонной смеси путём её уплотнения. Асфальтобетонные смеси относятся к сильно связанным плохосыпучим материалам, их подразделяют на литые (вибролитые), пластичные и жесткие. Смеси литого (вибролитого) асфальтобетона обладают значительной подвижностью, а пластичные смеси – сравнительно невысокой подвижностью. Жесткие смеси обладают повышенным внутренним трением и малой подвижностью.

Асфальтобетонной смесью называют специально приготовленную смесь [13, 41, 44], состоящую из щебня, песка, минерального порошка и битума в рационально подобранных соотношениях из условия максимальной долговечности будущего асфальтобетонного покрытия.

Основные свойства асфальтобетонных смесей тесно связаны с его структурой, которая окончательно формируется при уплотнении. Под структурой, или внутренним строением искусственного материала, понимают пространственное расположение составляющих частиц с их взаимными связями [22, 39].

Асфальтобетонные смеси имеют структуру коагуляционного типа, которую можно рассматривать как двухфазную систему, состоящую из твёрдой минеральной части и условно однородной – асфальтовяжущего [22]. В действительности степень однородности зависит от качества приготовления смеси и содержания в ней влаги и воздуха. Особенность таких структур состоит в том, что сцепление структурных элементов осуществляется через прослойки жидкой среды. Прочность коагуляционных структур обусловлена сравнительно слабыми межмолекулярными силами сцепления, развивающимися между структурными элементами. Коагуляционные связи, обуславливающие вязкопластичные и упругие свойства, в значительной мере зависят от толщины прослоек жидкой фазы между твёрдыми частицами. С уменьшением толщины прослоек жидкой фазы увеличиваются межмолекулярные силы взаимодействия, вследствие чего структура становится более прочной, возрастает вязкость системы. Наоборот, с увеличением прослоек асфальтовяжущего ослабляются молекулярные силы взаимодействия и структура ослабляется [39].

Уплотнение горячей асфальтобетонной смеси приводит к взаимному сближению минеральных частиц. Происходящая перегруппировка зёрен минерального заполнителя способствует их лучшей, более компактной упаковке. Одновременно происходят частичное вытеснение защемлённого воздуха и перераспределение в смеси объёмного битума, заполняющего межзерновые пустоты.

11

Сближенные частицы остаются взаимозаклиненными и связанными между собой слоями асфальтовяжущего. Происходит образование структуры материала, т.к. зерновые компоненты смеси сравнительно устойчиво фиксируются в среде асфальтовяжущего. Контакт через прослойки асфальтовяжущего является основным видом контактов частиц смеси и определяется составом смеси.

В асфальтовых бетонах различают макро-, мезо- и микроструктуру [22].

Макроструктура определяется соотношением между крупной составляющей, с одной стороны, щебнем и мелкими составляющими и вяжущим – с другой.

Микроструктура определяется соотношением между песком, с одной стороны, и минеральным порошком и битумом – с другой. Микроструктура определяется соотношением между минеральным порошком и битумом. Микроструктура асфальтовых бетонов в значительной мере определяет прочность асфальтовяжущего вещества. При прочих равных условиях увеличение содержания песка приводит к повышению трения, но уменьшению сил сцепления и некоторому повышению температуроустойчивости смеси и соответствующему увеличению деформируемости и уменьшению вязкости смеси.

Микроструктура зависит от соотношения между битумом и минеральным порошком. При увеличении содержания битума возрастает вязкость смеси, но уменьшаются ее температуро-устойчи- вость и прочность. Микроструктура связана с макро- и мезоструктурой. Это объясняется тем, что для обеспечения требуемых нормативных характеристик асфальтовых бетонов при увеличении содержания щебня приходится увеличивать количество битума в асфальтовяжущем веществе. Поэтому асфальтовые бетоны с базальным типом макроструктуры имеют минимальную толщину битумных пленок на поверхности песка и минерального порошка, а бетоны с контактным типом макроструктуры – максимальную толщину плёнок.

По степени заполнения твёрдой фазы жидкой выделяют три типа макроструктуры: базальный, поровый и контактный [22].

Изучая процесс уплотнения, большинство исследователей рассматривают макроструктуру.

При базальном типе структуры содержание щебня в смеси менее 40 %, что меньше по сравнению с другими типами структур. В этом случае щебёнки не соприкасаются между собой и «плавают» в смеси песка, минерального порошка и битума. Прочность и деформируе-

12

мость такой структуры определяется свойствами мелких составляющих и вяжущего. Щебень играет роль заполнителя, назначением которого является уменьшение количества дорогостоящего минерального порошка. Поскольку смесь песка, порошка и вяжущего имеет меньшую прочность, чем щебень, но обладает резко выраженными вязкими свойствами, то уплотнять такие смеси можно при меньших уплотняющих нагрузках, но при большем времени их воздействия.

Поровый тип структуры (промежуточный) характеризуется увеличенным содержанием щебня (до 50 – 55 %). В этом случае щебёнки контактируют между собой. Нагрузки воспринимаются как мелкими составляющими, так и щебнем, что позволяет более полно использовать прочность обоих компонентов структуры. При этом типе структуры вязкие свойства смеси выражены в меньшей мере, чем в первом случае, поэтому время воздействия уплотняющих нагрузок можно несколько уменьшить. Однако деформируемость смесей первого типа меньше, чем базального типа, что при прочих равных условиях требует увеличения уплотняющих нагрузок.

При контактной структуре содержание щебня в смеси более 50 – 55 %. В этом случае щебень образует каркас, который воспринимает нагрузки. Прочность мелких составляющих используется не полностью. Такие смеси наиболее жестки и наименее вязки.

В результате уплотнения смеси значительно повышается её объёмная масса, покрытие приобретает необходимую плотность, прочность и водостойкость, которые определяют эксплуатационные свойства асфальтобетонных покрытий. По мере увеличения плотности смеси происходит сближение частиц минерального заполнителя и уменьшение толщины прослоек асфальтовяжущего, в результате чего изменяются макроструктура материала и рациональные параметры процесса уплотнения.

1.3. Свойства асфальтобетонных смесей

Технологические свойства характеризуют поведение смесей в процессе выполнения технологических операций: отгрузки, хранения, перевозки и выгрузки, укладки и уплотнения [41].

Важнейшими технологическими свойствами асфальтобетонных смесей являются: однородность, сегрегируемость (разделимость), удобоукладываемость (подвижность), удобоуплотняемость (формуемость). Регулируя эти свойства, можно рационализировать параметры

13

технологического процесса в направлении обеспечения качества асфальтобетонного покрытия с минимальными энергетическими затратами и себестоимостью работ.

Однородность смесей оценивается коэффициентом вариации показателя предела прочности при сжатии при температуре 50 °С.

Сегрегируемость – свойство смеси сохранять однородность позерновомусоставупри отгрузкев накопительный бункер, загрузкев автосамосвалы, перевозке, выгрузке в приемный бункер асфальтоукладчика и укладке.

Удобоукладываемость – свойство смеси легко распределяться слоем с заданной толщиной с помощью асфальтоукладчиков и другого технологического оборудования.

Удобоуплотняемость – свойство смеси при уплотнении быстро формироваться в монолитный слой требуемой плотности.

Впрактической деятельности при оценке удобоукладываемости

иудобоуплотняемости смеси следует руководствоваться следующими положениями. Необходимая удобоукладываемость смесей, приготавливаемых на вязких битумах, достигается в основном за счет повышениятемпературы, снижающей ихвязкость. Этосвойство смеси зависит от ее структуры, количества битума икачестваминеральногопорошка. Зернистые смеси с применением дробленых минеральных материалов имеют меньшую подвижность, чем смеси с применением гравия и природного песка. Смеси с повышенным содержанием минерального порошка обладают большей жесткостью. Непросушенный минеральный порошок понижает подвижность смеси, а избыток битума понижает ее рыхлость. Такая смесь слеживается при перевозке, растекается по кузову автосамосвала и с трудом выгружается [41].

На удобоукладываемость АБ смеси оказывают влияние характер

икачество перемешивания: смеси, приготовленные в лопастных мешалках, более технологичны, чем смеси, приготовленные в мешалках со свободным перемешиванием. Введение в смесь ПАВ, пластифицирующих битум, увеличивает ее подвижность. Удобоуплотняемость смеси зависит в основном от тех же факторов, что и удобоукладываемость. Отличие заключается в следующем: увеличение содержания битума на 10 – 15 % выше оптимального улучшает это свойство смеси.

Коэффициент минеральной части смеси показывает, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей. С увеличением коэффициента сбега от 0,7 до 0,9 уменьшается внутреннее трение смеси и снижается значение ее критической температуры по

14