книги из ГПНТБ / Волков, М. И. Методы испытания строительных материалов учеб. пособие

ствие битума с поверхностью минеральных зерен из кислых гор­ ных пород, и анионоактивные, улучшающие прилипание битума к поверхности зерен известнякового щебня.

Наиболее распространенными катионоактиівными вещества­ ми являются окта/децилаімин, амины, диамин и др. Характерны­ ми представителями анионоактивных веществ являются: госсиполоівая смола, окисленный петролатум, синтетические жирные кислоты (СЖК), кубовые остатки СЖК, 2-й жировой гудрон, окисленный рисайкл, железистые соли высших карбоновых кис­ лот и др.

Поверхностно'-актив'ные вещества применяют в качестве до­ бавки к битуму в незначительных количествах: катионоактив­ ные— 0,2—2%, анионоактиівіные—3—6% массы битума. Коли­ чество добавок по верхнему пределу назначают в случае приго­ товления теплых и холодных асфальтобетонных смесей и 'П о ­ ристых смесей, а также смесей для поверхностной обработки;: для приготовления горячих асфальтобетонных смесей применя­ ют минимально возможное количество добавок.

§ 26. МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА

Минеральный порошок представляет собой продукт тонкого измельчения известняков, доломитов, долОмитизированных из­ вестняков и других карбонатных горных пород прочностью не менее 20 МПа или основных доменных шлаков. В последнее вре­ мя широкое распространение получили активированные порош­ ки, которые получают путем помола горных пород в присутст­ вии активирующей смеси битума и поверхностно-активного ве­ щества.

Минеральный порошок в асфальтобетоне играет роль добав­ ки, структурирующей битум и образующей с ним асфальтовяжу­ щее вещество, которое во многом обусловливает прочность ас­ фальтобетона, его плотность и теплоустойчивость.

Качество минерального порошка (ГОСТ 12784—71), приме­ няемого в асфальтобетоне, характеризуется минералогическим составом, тонкостью помола, удельной поверхностью (см. с. 74— 77), пустотностью, степенью набухания смеси порошка с биту­ мом, битумоемкостью, влажностью и др.

Тонкость помола (гранулометрический состав) минерального порошка рекомендуется определять в следующем порядке.

1. Взятую для испытания пробу массой около 1 кг высушить при 105—110°С в течение 4—5 ч, охладить в эксикаторе до ком­ натной температуры и квартованием отобрать среднюю пробу (около 200 г), взвесив ее с точностью до 0,01 г.

Пробу активированного минерального порошка массой I кг в возиушнснсухам состоянии разложить тонким 'слоем на листе бумага и произвести квартование. і

191

2. Для определения тонкости памола активированного мине­ рального порошка подготовить воду со смачивателем, для чего

слегка смазать вазелином, залить 100 г воды и растереть пести­ ком с резиновым наконечником в течение 2—3 мин. Воду со взвешенными в ней частицами слить на сито с размерами отвер­ стий 0,071 мм, поставленное на кристаллизатор соответствующе­ го размера.

Последовательное растирание омѳси и сливание воды вести до тех пор, пока вода окажется почти светлой, т. е. из взятой пробы будут удалены все частицы размером меньше 0,071 мм.

4. Оставшиеся на сите частицы перенести в ту же фарфоро­ вую чашку и высушить в сушильном шкафу при 105—110°С до постоянной массы.

5. Высушенные частицы минерального порошка просеять сквозь набор сит с размером отверстий 1,25; 0,63; 0,315; 0,14; 0,071 мм и определить количество частиц, задержавшихся на со­ ответствующем сите в % взятой навески (точность определения 0,1%). Количество частиц в % размером менее 0,071 мм опреде­ лить вычитанием из 100% суммы остатков на остальных ситах.

Гранулометрический состав определяют по результатам двух определений, при этом расхождение между ними на одном сите не должно превышать 2% общей массы навески. Общая потеря порошка при рассеве не должна превышать 2% взятой навески.

Тонкость памола считают удовлетворительной, если на сите с размером отверстий 1,25 мм частицы не задержались, на си­ те с размером отверстий 0,315 мм полный остаток неактивиро­ ванного порошка не превышает 10%, а активированного — 5%; на сите с размером отверстий 0,071 мм полный остаток неакти­ вированного порошка будет не более 30%, а активированного — не более 20%.

Плотность минерального порошка следует определять в такой последовательности.

1. Среднюю пробу минерального порошка массой около 200 г просеять сквозь сито с отверстиями 1,25 мм, высушить в термо­ стате до постоянной массы при 105—110°С (около 4—5 ч) и ох­ ладить до комнатной температуры в эксикаторе над безводным хлористым кальцием.

2. -Приготовить очищенный безводный керосин, для чего в стеклянную колбу вместимостью 1000 мл 'вставить стеклянную воронку диаметром 12 см с бумажным фильтром; насыщать на фильтр 200 г суглинистого грунта, предварительно 'прогретого при 250°С в течение 3 ч или при 400°С в течение 30 мин и охла­ жденного до комнатной температуры. Взять 500 мл осветитель­ ного керосина, предварительно отогнанного при температуре до

192

5. Содержимое пикнометра или колбы взболтать, прокипятить 1 ч и охладить до комнатной температуры. Заполнить сосуд дистиллированной во­ дой со смачивателем до черты на шейке и выдержать 30 мин при температу­ ре 20±2°С и взвесить.

6. Плотность активированного минерального порошка определить по формуле

gi Уу .в .с

і у. а . п

g' — gi)

'Где g2— масса минерального порошка в г; g' — масса колбы или пикно­ метра с дистиллированной водой и смачивателем в г; g4 — масса колбы или

пикнометра с минеральным порошком и водой со смачивателем в г. Плотность активированного минерального порошка вычисляют как сред­

нее арифметическое результатов двух определений, если расхождение между ними превышает 0,02 г/см3.

Объемную массу минерального порошка в уплотненном состоянии под нагрузкой 40 МПа определяют в специальной разъемной форме (рис. 80), представляющей собой полый ци­ линдр, состоящий из двух половинок и вкладыша. Объем нижней части формы равен 100+0,5 см3. Порядок испытания следу­ ющий.

1. Из высушенной при температуре 105—110°С средней про­ бы, предварительно слегка растертой пестиком для измельчения комочков и просеянной сквозь сито с отверстиями размером

!,25 мм, взять навеску 300 г.

2.Собрать металлическую форму и установить ее на метал­

лическую подставку. Перенести в форму отвешенный порошок частями, разравнивая каждую часть шпателем.

3. Слепка прижать порошок вкладышем и установить форму

40 МПа, и выдержать при этой нагрузке в течение 3 мин.

5.Снять напружу, форму вместе с вкладышем и металличес­ кой подставкой перенести на чистый лист бумаги.

6.Вкладыш и верхнюю часть формы очистить мягкой кисточ­ кой над противнем или бумагой. Минеральный порошок в нижной части формы срезать ножом или металлической линейкой. Излишек минерального порошка тщательно собрать и взвесить на аналитических весах с точностью до ±0,5 г.

7.Определить объемную массу с точностью до 0,01 г/см3 по

формуле

194

Пустотность минерального порошка опреде­ ляют расчетом по плотности и объемной массе с точностью до 0,1 % по формуле

где Yo.n — объемная масса минерального порошка, уп­ лотненного под нагрузкой 40 МПа, в г/см3-, Yn — плотность

минерального порошка в г/см3.

Пустотность обычного минерального порошка должна быть не более 35%, активированного порошка — не более 30%, а по­ рошка из зол уноса, цементной пыли и шламов— не.более 45%.

Набухание смеси минерального порошка с битумом являет­ ся характеристикой, косвенно определяющей содержание глини­ стых частиц в порошке и главным образом устойчивость асфаль­ тобетона при переменном увлажнении и высыхании. За величи­ ну набухания минерального порошка с битумом принимают при­ ращение объема образца из этой смеси после насыщения во­ дой в вакуум-приборе и последующего выдерживания е в горячей воде. Испытание рекомендуется проводить в такой последова­ тельности,

1.Пробу минерального порошка в воздушно-сухом состоянии растереть в фарфоровой ступке для измельчения комков и про­ сеять сквозь сито с размером отверстий 1,25 мм.

2.Взять навеску минерального порошка 300—400 г, нагреть

еев металлической чашке до 100—120°С и добавить в чашку предварительно обезвоженный и разогретый до 140—,150°С би­ тум БНД 60/90 или БНД 90/130 [для активированного мине­ рального порошка взять 8% (рекомендуемое 6—12%), для не­

активированного яорошка—13,5% битума (рекомендуемое— 12-15% )].

3.Разогреть смесь битума с активированным минеральным порошком до 135—140°С, а смесь с неактивированным порош­ ком до 150—160°С. Интенсивно перемешать смесь вручную в те­ чение 5—6 мин до полного и равномерного распределения биту­ ма в смеси.

4.Подготовить металлическую специальную форму с внут­ ренним диаметром 25 мм, нагреть ее в термостате до температу­ ры 80—90°С, протереть тканью, слегка смоченной машинным маслом. Установить форму так, чтобы нижний вкладыш высту­ пал из формы на 10—15 мм. Заполнить форму смесью битума с минеральным порошком (около 30 г), іпроштыковать смесь тон­

ким ножом и закрыть форму верхним вкладышем. Установить

форму на плиту пресса и уплотнить при давлении 10 МПа в те­ чение 3 мин. Затем образец выжать из формы. По этой методике изготовить три образца?

5. Образцы'вытереть и очистить от свободных частиц, взве­ сить их на воздухе и в воде, определить объемную массу в г:'см3 с точностью до 0,01 г/см3 по формуле

S Q Ѵу.в

Y== So— gi ’

где go я gi — масса образца, взвешенного соответственно на воздухе и в

.воде, в г; уу.в— плотность воды (1 г/см3).

Объемную массу вычислить как среднее арифметическое из

.результатов трех определений, расхождение между которыми не должно .превышать 0,02 г/см3.

6. Рассчитать плотность смеси с точностью до 0,01 г/см3 на основании предварительно определенных плотностей минераль­ ного порошка и битума по формуле

где у — объемная масса образца в г/см3-, у у.с — плотшсть смеси мине­ рального порошка с битумом в г/см3.

8. Если установленная остаточная пористость ниже требуе­ мой (5—6%), то изготовить три смеси с последовательным уменьшением содержания битума на 0,4% .ранее принятого. Если установленная остаточная пористость выше требуемой, изгото­ вить три смеси с последовательным увеличением содержания битума на 0,4% ранее принятого. Определить остаточную пори­ стость образцов всех трех смесей по описанной методике.

9. Набухание определить на образцах, остаточная пористость которых находится ів пределах нормы. Образцы поместить в со­ суд с водой, имеющей температуру 20±2°С, так, чтобы уровень

196

перенести в другой сосуд с водой, нагретой до температуры 60+2°С, и выдержать их при этой температуре 4 ч. После термостатирования образцы поместить в іводу, имеющую температу­ ру 20±2оС, и выдержать в ней 15—20 ч.

11.Образцы извлечь из воды, обтереть мягкой тканью или фильтровальной бумагой и взвесить с точностью до 0,01 г на воздухе и в .воде.

12.Вычислить величину набухания в % объема с точностью до 0,1 % по формуле

Н= — — — ---- — — — 100, go — g l

где g2 > g s — масса образца, насыщенного водой и взвешенного соответст­ венно на воздухе и в воде, в г.

За величину набухания принимают среднее арифметическое из результатов трех параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,2%. Набухание качест­ венного неактивированного порошка не должно превышать 2,5% по объему, набухание активированного порошка не должно пре­ вышать 1,5%.

За величину битумоемкости минерального порошка, характе­ ризующей его адсорбционную способность, принимают массовое количество минерального масла, при котором смесь его с порош­ ком (100 см3 абсолютного объема) имеет определенную консис­ тенцию, измеряемую глубиной погружения металлического пес­ тика цилиндрической формы диам'етром 10±0,1 мм. Битумоем­ кость следует определять в таком порядке.

1.Пробу минерального порошка массой 200—250 г высушить

всушильном шкафу при 105—І!І0°С ів течение 5 ч, затем охла­ дить ів эксикаторе и просеять сквозь сито величиной отверстия

1,25 мм*.

2.Отвесить :в фарфоровую чашку диаметром 8—12 см 15±0,1 г минерального масла (ГОСТ 1707—51 или ГОСТ 5519—

50)с температурой 20±2°С.

3.К маслу небольшими - порциями добавить минеральный порошок и тщательно его перемешать. Когда смесь приобретет

пастообразную консистенцию и перестанет прилипать к стенкам фарфоровой чашки, уложить ее в металлическую чашку диамет­ ром 50 мм и высотой 20 мм, выгладить ножом или шпателем вровень с краями чашки и установить чашку со смесью на под­ ставку прибора Вика, на верхней площадке стержня которого укреплен дополнительный груз массой 170 г.

4. Подвести к поверхности'образца пестик прибора Вика и отметить показание по шкале. Затем поднять пестик над поверх-

* Для активированного минерального порошка эти операции не произво­ дят, так как его испытывают «в воздушно-сухом состоянии.

197

ностью образца на 2 0 мм и дать ів о з м о ж ін о іс т ь стержню с -пести­ ком свободно упасть на поверхность образца.

5.Установить глубину погружения пестика н мм. Если глу­ бина погружения больше или .меньше 8 мм, сделать новую смесь порошка с маслом, принимая количество порошка на 2—3 г больше или меньше первоначального, и определить глубину по­ гружения пестика.

6.По количеству порошка, при котором консистенция смеси его с 15 г масла соответствует глубине погружения пестика, рав­

ной 8 мм, вычислить показатель битумоемкости (ПБ) з г/ 100 смъ абсолютного объема порошка:

ПБ = 15ѴУ.„ 100,

где уу.м— плотность минерального порошка в г/сж3; Q — количество по­ рошка установленной консистенции в г.

Для неактивированных минеральных порошков показатель битумоемкости не должен превышать 65 г/100 смг, а для акти­ вированных порошков — 50 г/100 смъ.

Влажность минерального порошка, характеризующая его способность поглощать влагу в естественном состоянии, являет­ ся важной характеристикой, так как при наличии влаги в мине­ ральном порошке повышается его апособиость к комкованию на стадии хранения и ухудшается прилипание битума к поверхнос­ ти минеральных составляющих.

Определение следует вести в такой последовательности.

1.От средней пробы минерального порошка, полученной квартованием, взять навеоку 20 г и поместить в стеклянный стаканчик (бюкс) ■и закрыть крышкой.

2.Пробу с бюксой немедленно взвесить с точностью до ±0,01 г, затем снять крышку и поместить в сушильный шкаф.

3.Пробу неактивированного минерального порошка высушить до постоян­

ной массы при 105— 110°С, а активированного порошка — при 60+2С.

4. Определить влажность минерального порошка W в % по массе с точ­ ностью до 0,1% по формуле

”А W)

g

где g, g' — масса минерального порошка соответственно до и после

высушивания в г.

Влажность вычисляется как среднее арифметическое из результатов двух определений, расхождение между которыми не должно 'превышать 0,1 %. Влажность активированного минерального порошка не должна превышать 0,5%, а -обычного порошка— 1%.

Гидрофобность минерального активированного порошка ха­ рактеризуется его флотирующей способностью. Порядок ее опре­ деления следующий.

1. Химический стакан вместимостью 500—800 см3 заполнить дистиллированной водой на 5 см ниже края.

198

2.Пробу активированного минеральпего порошка массой 2 г

вестественно сухом состоянии ссыпать со шпателя на поверх­ ность воды легким постукиванием его о край стакана и оставить стакан в покое на 24 ч.

Порошок считается гидрофобным, если через 24 ч проба не осядет на дно стакана и не будет наблюдаться видимого на глаз смачивания порошка водой.

§ 27. РАСЧЕТ СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Метод расчета состава асфальтобетона по предельным кри­ вым плотных смесей разработан Союздорнии на основе теорети­ ческих исследований проф. Н. Н. Иванова. Расчет ведут в таком порядке: определение качества исходных материалов, расчет гранулометрического состава минеральной части, включающий построение предельных кривых плотных смесей, назначение до­ пускаемых пределов содержания зерен разных размеров в гра­ фической или табличной форме, определение оптимального со­ держания битума, контрольная проверка качества асфальтобе­ тона рассчитанного состава.

Как правило, в практике пользуются готовыми таблицами или кривыми, приведенными в нормативных документах, для разных асфальтобетонных смесей. Однако применение этих дан­ ных возможно лишь на основе знания теоретических принципов данного метода.

В соответствии с этим далее приводим методику построения предельных кривых плотных смесей.

Расчет состава минеральной части

Этот расчет заключается в определении оптимального' соот­ ношения между минеральными составляющими, 'обеспечивающе­ го максимальную плотность минерального остова, т. е. получение плотных минеральных смесейПлотные смеси могут быть рассчи­ таны по допускаемым пределам полных остатков или полных проходов на ситах.

Полный остаток на данном сите представляет собой сумму частных остатков на данном сите и всех более крупных ситах. Таким образом, полный остаток характеризует суммарное коли­ чество материала, размер зерен которого больше размера отвер­ стий данного сита. Полный проход характеризует количество материала, размер зерен которого меньше размера отверстий данного сита. В процентном выражении сумма полных проходов и .полных остатков равна 100%.

Допускаемые пределы для смесей с непрерывным грануло­ метрическим составом (полным наборам фракций от максималь­ ного размера минеральных зерен до минимального) можно опре­

199

делить по предельным кривым, .предложенным проф. Н. Н. Ива­ новым. Кривые плотных смесей строятся по следующему прин­ ципу. При наличии зерен нескольких фракций, полученных при рассеве минерального материала сквозь сита, размер отверстий которых последовательно уменьшается вдвое, для .получения наиболее .плотной бмеси необходимо, чтобы отношение объема каждой последующей фракции к объему .предыдущей фракции равнялось 0,81. Это отношение называется коэффициентом сбега К. Однако по этому коэффициенту можно построить только од­ ну кривую плотной смеси. Подобрать соотношение минеральных материалов так, чтобы действительная гранулометрическая кри­ вая совпадала с теоретической, практически невозможно. Экспе­ риментальные исследования показали, что достаточно плотные смеси можно получить в том случае, если коэффициент сбега на­ ходится в пределах от 0,65 до 0,9. При этом интегральная кривая полных остатков или полных проходов смеси должна плавно располагаться между кривыми, отвечающими указанным коэф­ фициентам сбега. Значения коэффициента сбега могут быть при­ няты в более узких пределах в зависимости от типа асфальтобе­ тона и предъявляемых к нему требований. С уменьшением зна­ чения коэффициента сбега в смесях повышается количество крупных фракций и наоборот

Построение предельных кривых плотных смесей по коэффициенту сбега. Исходными данными для построения кривых плотных смесей служат макси­ мальный и .минимальный размеры зерен смеси. Максимальный размер обуслов­

водоустойчивость. Практически размер минимальной фракции в асфальтобе­ тонных смесях составляет 0,07.1—.0,005 мм.

Первым этапом построения кривых плотных смесей является определе­ ние полных остатков на ситах для заданного коэффициента сбега, для чего прежде всего необходимо определить содержание первой фракции. Содержа­ ние каждой последующей фракции равно произведению содержания предыду­ щей фракции на коэффициент сбега.

Если принять содержание в % первой фракции равным а,, то содержание второй будет йхКі, третьей — а2К\ и т. д. Количество последней фракции должно быть равно ап-\К\.

Сумма всех фракций может быть записана в следующем виде:

аі (1 + Ку + К \ + . . . + Кі ') = 100%.

Следовательно, содержание первой фракции

1 — Ку ,

100

(1 - КГ)

где К\ — принятый коэффициент сбега;-п — число фракций в смеси. Число фракций в смеси может быть определено по формуле

п — 3,32 ig - ^ iü S - ,

^мин

200