книги из ГПНТБ / Гезенцвей, Лев Борисович. Дорожный асфальтовый бетон

Стандартные испытания асфальтового бетона

Испытания асфальтового бето­ на на растяжение при 0°

(при растяжении)

Примечание: Цифры на кривых соответствуют номерам битумов

Рис. 21. Деформативность асфальтового бетона с битумами различной вязкости (свойства битумов указаны в табл. 18).

109

В приводимой таблице хорошо прослеживается связь меж­ ду величиной относительного удлинения асфальтового бетона при 0°С и вязкостью, а также и растяжимостью битума при 0°.

Деформативность зависит также от типа асфальтового бе­ тона и количества содержащегося в нем битума.

По данным ряда зарубежных исследователей (Вебер, Скид­ мор, Вока), недостаток битума в асфальтовом бетоне резко

снижает деформативность. Повышенное содержание битума увеличивает деформативность.

Рис. 22. Форма образца асфальтового бетона для испытаний на растяжение.

Исходя из требований обеспечения деформационной устой­

чивости при высоких температурах и необходимой деформативности при низких температурах, ГОСТом регламентируется от­

ношение показателей сопротивления сжатию при температуре

+20 и +50°С. Это отношение принято называть коэффициентом теплоустойчивости. Оно должно быть не более 3 (или 2,5—для дорог в южных районах СССР и в городах).

Для городских асфальтобетонных покрытий, подвергающих­ ся воздействию тормозных усилий в большей степени, чем на загородных дорогах, предъявляются повышенные требования.

Достигнутый уровень .изученности асфальтового бетона не дает еще исчерпывающего ответа на вопросы, связанные с по­ лучением асфальтового бетона, одинаково хорошо противостоя­ щего образованию дефрмаций при высоких температурах и трещинообразованию при низких. Но применение на практике рекомендаций, вытекающих из проведенных в этой области ис­ следований, позволит уже теперь значительно улучшить эксплу­ атационные свойства асфальтобетонных покрытий.

Применение резины в асфальтовом бетоне. Интересные ре­

зультаты по повышению температурной устойчивости асфальто-

110

вого бетона получены при введении в его состав резины. Такие работы (экспериментальные и в широких производственных масштабах) проведены в некоторых странах Западной Европы,

в США и в СССР.

Секция физических исследований Американского управле­ ния общественных дорог разработала два способа введения ре­ зины: 1) предварительное смешение резины с битумом, после чего вяжущее объединяется с минеральными материалами; 2) перемешивание мелкораздробленной или порошкообразной резины с горячими минеральными материалами, которые уже после этого объединяются с битумом.

Наилучшие результаты дает предварительное смешение ре­ зины с битумом. Полученные таким образом асфальтобетон­ ные смеси оказались наиболее устойчивыми против воздействия температуры и воды. Изучались асфальтобетонные смеси с до­ бавками следующих видов резины — естественной, синтетичес­ кой, а также и ранее использовавшейся.

Установлено, что асфальтобетонные покрытия с применени­ ем резины в процессе эксплуатации обнаруживают меньше де­ формаций и повреждений. Срок службы таких покрытий удли­ няется.

В Англии сделаны опытные асфальтобетонные покрытия с

Таким образом, добавка резины уменьшает показатель глу­ бины проникания при повышенной температуре и в меньшей степени изменяет его при более низкой. Температура размяг­ чения повышается, а температура хрупкости понижается. Все это свидетельствует о некотором улучшении свойств битума.

А. Сми (Англия) считает, что о значительном улучшении свойств битума свидетельствует показатель сопротивления уда­

ру при 77° Ф. Для битума без резины сопротивление удару со­ ставляет 68 г, а при добавке резины 112 г. К сожалению, не

приводятся показатели тягучести битума с добавкой резины при 0°С.

Естественную порошкообразную резину при введении

111

в битум необходимо нагревать в следующих интер­

валах:

при температуре до 320°Ф (160°С)—в течение 1 часа;

при температуре до 300°Ф (148,9’С)—в течение 2 час.;

при температуре до 340°Ф (171,ГС)—в течение 0,5 часа.

Другие виды резины требуют иных условий нагрева.

При надлежащем температурном режиме нагрева минераль­ ных материалов в асфальтобетонной машине порошкообраз­ ная резина вводилась непосредственно в мешалку и перемеши­ валась с нагретыми материалами. Температура готовой смеси при выпуске из мешалки была около 350°Ф (176,7°С). Но при этом для хорошего объединения резины с 'битумом необходимо, чтобы готовая асфальтобетонная смесь выдерживалась до мо­ мента ее укладки (например, в процессе транспортировки) не менее 30 мин. По свидетельству А. Сми, он применял такую асфальтобетонную смесь при ручной и механической укладке и получил хорошие результаты. Укатка производилась обычным способом.

Большинство опытных работ проводилось при добавке 5% резины от веса битума. Асфальтобетонную смесь укладывали

при достаточно высокой температуре, так как остывшая смесь содержащая резину, с большим трудом поддается распреде­ лению.

Добавки резины для улучшения свойств битума применя­ лись и тогда, когда он использовался для различных видов об­

работки дорожных покрытий. В таких случаях известный эф­ фект был достигнут при добавке резины в пределах 2—2,5%.

Ввиду повышенной вязкости такого битума требуется более тщательное его распределение. •

По мнению некоторых зарубежных исследователей, исполь­ зование смесей, содержащих резину, целесообразно в услови­

ях, где возможны сдвиги на дорожном покрытии.

По данным немецкого журнала «Ваиеп und Wohnen», на по­ крытии с применением резины, сделанном незадолго до Вто­ рой мировой войны на автостраде между Амстердамом и Гаа­ гой, несмотря на большую нагрузку в течение военных лет,

длительное время почти не наблюдалось никаких повреж­

дений.

В США известны случаи применения асфальтобетонных смесей с резиной не только на вновь устраиваемых покрытиях, но также и при ремонтных работах (например, в Нью-Джер­ си). Количество добавлявшейся резины также составляло 5%

веса битума. Резина перемешивалась с битумом при темпера­

туре 162—165°.

Следует, однако, отметить, что в настоящее время в США вследствие строгого регулирования расхода резины, а также значительного роста ее стоимости применение этого материала

в дорожном строительстве стало лимитироваться.

112

Экспериментальные работы по введению резины в состав

асфальтового бетона проводились и в СССР (Н. В. Горелышев, А. И. Лысихина, Г. К. Сюньи и другие). Обычно использо­ вались отходы регенерированной и старой, использованной, ре­ зины.

Окончательные выводы о технико-экономической целесооб­

разности введения резины в том виде, в каком она применя­ лась, требует дополнительных наблюдений за состоянием опыт­ ных участков покрытий.

КОРРОЗИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА

Опыт эксплуатации показывает, что асфальтобетонные по­

крытия особенно интенсивно разрушаются в период длитель­

ного увлажнения, а также во время оттепелей, которым пред­ шествовало значительное количество знакопеременных колеба­ ний температуры. Обычно разрушение проявляется в виде уси­

ленного выкрашивания 'минеральных частиц, приводящего к

большому износу покрытия и к образованию значительного количества отдельных разрушенных участков (выбоин). Покры­ тия, менее устойчивые против атмосферной коррозии, разруша­ ются значительно интенсивнее. Таким образом, применение асфальтовых бетонов, более устойчивых против коррозии, яв­ ляется одним из факторов, способствующих удлинению сроков

службы покрытий.

Коррозионная устойчивость асфальтового бетона зависит главным образом от его плотности и характера сцепления биту­ ма с поверхностью минеральных частиц.

Кроме того, на коррозионную устойчивость оказывает так­ же влияние влажность минеральных материалов в момент их объединения с битумом. Необходимо отметить, что коррозион­ ная устойчивость покрытия зависит и от условий производства работ. При работе в сырую погоду асфальтобетонная смесь впитывает в себя значительное количество влаги. Вследствие этого при уплотнении покрытия в нем оказывается защемлен­ ная влага, понижающая водоустойчивость асфальтового бетона.

Особенно отрицательно влага влияет на качество покрытия, уложенного в период осенних дождей, так как при отрицатель­ ных температурах она замерзает.

Влияние пористости. Чем меньше пористость асфальтового бетона, тем выше его коррозионная устойчивость. Пористость зависит от плотности подобранной минеральной смеси и от ко­ личества вводимого битума. При неплотной минеральной сме­ си и недостатке битума асфальтовый бетон получается более пористым.

Пористость асфальтобетонного покрытия зависит и от уп­ лотнения. Покрытие, сделанное из рационально подобранной

смеси, но недостаточно уплотненное, окажется пористым.

Плотность асфальтового бетона характеризуется двумя по­ казателями — водонасыщением и величиной остаточной пори­

стости.

Для определения водонасыщаемости стандартный лабора­

торный образец или образец, взятый из покрытия, погружает­ ся в сосуд с водой, устанавливается в вакуум-эксикатор1 и вы­ держивается там определенное время. Приращение веса об­ разца показывает вес поглощенной им воды, проникшей в его поры. Но часть пор может оказаться недоступной для проник­

новения воды (во всяком случае за время испытания). Поэто­ му естественно полного представления о пористости асфальто­ вого бетона показатель водонасыщаемости не дает. Величина водонасыщаемости является косвенным показателем пористо­ сти и позволяет судить лишь об избытке или недостатке биту­

ма в асфальтовом бетоне.

Более объективным показателем плотности асфальтового бетона является величина остаточной пористости, определяемая на основе удельного и объемного весов '.

Действующим ГОСТом водонасыщаемость асфальтового бе­ тона регламентируется пределами от 1 до 3% объема (для го­ родских дорог и дорог в южных районах СССР — в пределах от 1,5 до 3%). Как уже указывалось, нижний предел водона-

сыщения нормируется исходя из соображений обеспечения де­ формационной устойчивости при высоких температурах.

Влияние сцепления битума с минеральным материалом. В

зависимости от прочности сцепления битума с поверхностью

минеральных частиц асфальтовый бетон при одной и той же пористости будет иметь различную водоустойчивость. Чем луч­ ше сцепление, чем устойчивее пленка битума на поверхности каменного материала, тем выше водоустойчивость асфальтово­ го бетона.

Применение материалов, не имеющих хорошего сцепления, приводит к получению недостаточно водоустойчивого асфаль­

тового бетона. Гидрофобные каменные материалы с нефтяными битумами дают 'более водоустойчивые смеси. На водоустойчи­

вость асфальтового бетона оказывает также влияние влажность минеральных материалов во время перемешивания их с биту­ мом. Хорошее, устойчивое сцепление битумной пленки с по­ верхностью минеральных частиц, необходимое для получения

водоустойчивого асфальтового бетона, предполагает, что оба материала (битум и каменный материал) обезвожены. Мине­

ральный материал должен быть не только нагрет до требуемой температуры, но и хорошо просушен.

При одинаковых условиях нагрева слишком влажных мате­ риалов часть влаги может оставаться в наиболее мелком ми­ неральном материале —в песке и минеральном порошке. Эта

’ Методику определения см. в разделе Технический контроль.

114

влага, адсорбироваиная на поверхности минеральных частиц, препятствует хорошему сцеплению с битумной пленкой, вслед­ ствие чего снижаются водоустойчивость, а с нею и морозоус­ тойчивость асфальтового бетона. Исследованиями И. А. Рыбьева установлено, что коэффициент водоустойчивости асфальтового бетона, приготовленного из недостаточно просушенных мате­ риалов, может снижаться почти вдвое.

Водоустойчивость асфальтового бетона принято характери­ зовать величиной потери сопротивления сжатию в водонасы-

щенном состоянии.

Согласно действующему ГОСТу, прочность асфальтобетон­ ных образцов на сжатие в водонасыщенном состоянии должна быть не менее 0,9 прочности -на сжатие сухих образцов (при температуре + 20°).

Морозоустойчивость до сих пор не нормируется. Таким об­

разом, общая коррозионная устойчивость асфальтового бетона оценивается только по показателю водоустойчивости.

УДОБООБРАБАТЫВАЕМОСТЬ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Качество будущего покрытия и условия производства работ

во многом определяются удобообрабаты-ваемостью асфальто­ бетонной смеси при укладке и уплотнении.

Хорошее покрытие можно сделать только в том случае, если

смесь достаточно легко укладывается слоем заданной толщи­

ны, хорошо разравнивается и уплотняется.

Удобообрабатываемая смесь позволяет получить ровную, гладкую и однообразную поверхность. Трудно разравниваемая смесь обычно дает поверхность с большим количеством рако­ вин.

Особое значение приобретает удобообрабатываемость ас­

фальтобетонной смеси при немеханизирова-н-нрй ручной укладке.

Разравнивание так называемым «вальком» при работе с литыми смесями на тротуарах или в других аналогичных мес­ тах -зависит главным образом от подвижности смеси. При руч­

мость. Вся укладываемая смесь обрабатывается на месте раз­ личными ручными инструментами — граблями, гладилками и т. д. Эффективность этой обработки, а следовательно, и ка­ чество покрытия зависят от того, в какой мере смесь поддается разравниванию. При ручной укладке неудобообрабатываемой смеси трудно, а порой и невозможно получить хорошо отделан­ ную и ровную поверхность покрытия. При этом получается так­ же большое количество отходов смеси.

Наряду с этим надо иметь в виду, что укладка плохо раз-- рав-ниваемой смеси требует большого физического напряжения' рабочих-асфальтировщиков.

Таким образом., при ручной укладке удобообрабатываемость смеси должна являться ее неотъемлемым свойством, иначе все остальные положительные свойства смеси становятся, по су­ ществу, малозначащими. Большое влияние на удобообрабаты­

ваемость оказывают свойства битума. Менее вязкие и беспара-

финистые битумы дают более подвижные и рыхлые смеси. Но подвижность смеси также должна быть оптимальной. Чрезмер­

менее подвижной и менее рыхлой, причем эти свойства быстро утрачиваются по мере ее остывания.

Особенно сильно влияет на удобообрабатываемость асфаль­ тобетонной смеси применение парафинистого битума. Так как содержащийся ,в таких битумах парафин застывает при высо­ кой температуре, асфальтобетонная смесь даже при темпера­ туре 150—160° застывает и теряет подвижность.

На удобообрабатываемость смеси оказывает также влия­ ние и количество битума. Избыток его всегда ухудшает удобообрабатываемость смеси. Уже во время транспортировки в кузове автомобиля асфальтобетонная смесь приобретает более или менее прочную форму параллелепипеда, соответствующе­ го форме кузова. В таком виде асфальтобетонная смесь «спол­ зает» с опрокинутого кузова самосвала. На поверхности и по боковым плоскостям этой асфальтобетонной формы выступает слой битума. А часто оцепление выступившего слоя битума со стенками кузова препятствует свободной разгрузке опрокину­ того кузова, и поэтому приходится разгружать смесь вручную.

Смесь с избыточным количеством битума разгружается в

виде плотных комьев, иногда трудно разбивающихся и еще бо­

лее трудно разравниваемых. Таким образом, избыточное коли­ чество битума, помимо того, - что оно приводит к получению слишком, пластичного покрытия, делает асфальтобетонную

смесь неудобообрабатываемой и затрудняет процесс ее уклад­ ки. Такую смесь необходимо возвращать на завод.

Большое влияние на удобообрабатываемость смеси оказыва­ ют характер применяемого минерального порошка и его коли­ чество. Влажный, непросушенный минеральный порошок ухуд­ шает удобообрабатываемость, смесь получается комковатой и

трудно разравнивается.

Кроме того, при употреблении влажного и слежавшегося

минерального порошка некоторая его часть превращается в спекшиеся комочки, что также ухудшает качество асфальтобе­ тонной смеси. Такой минеральный порошок уже не выполняет своего основного назначения в асфальтовом бетоне. Комки, рас­ положенные на поверхности уплотняемого слоя,при укатке раз­

давливаются, а затем легко размываются дождем, оставляя мелкие раковины. Поверхность покрытия покрывается «рябью».

116

Удобообрабатываемость смеси изменяется в зависимости от количества содержащегося в ней .минерального порошка. При большом количестве порошка получается «крутая» жесткая смесь, плохо поддающаяся разравниванию. Чем меньше мине­ рального порошка, тем лучше обрабатывать смесь. Но это ус­

ловие должно сочетаться и с другими, отмеченными выше свой­ ствами—механической прочностью, теплоустойчивостью, кор­ розионной устойчивостью. Поэтому подобранный состав ас­ фальтобетонной смеси как по характеру компонентов, так и по

их количественным соотношениям должен удовлетворять всем

предъявляемым техническим требованиям, в том числе и удобо-

обрабатываемости.

На удобообрабатываемость асфальтобетонной смеси оказы­

вают также большое влияние характер и качество перемеши­

вания в асфальтобетонных машинах. Смеси, приготовленные в лопастных мешалках, являются более удобообрабатываемыми

по сравнению с приготовленными в барабанных мешалках (со

свободным перемешиванием). Очень важно, чтобы и в тех и в других асфальтобетонных машинах соблюдалось требуемое вре­

мя перемешивания. При нарушении этого правила не происхо­

дит надлежащего перемешивания и в принудительных мешал­ ках. Это часто влечет за собой не только плохую удобообраба­

тываемость смеси, но и вообще низкое качество асфальтового

бетона.

Процессу перемешивания должно быть уделено особое вни­ мание на асфальтобетонных заводах (более подробно об этом

сказано ниже).

Температура смеси во время укладки также влияет на ка­ чество укладки. Чем выше температура смеси, тем меньше вяз­ кость содержащегося в ней битума, выше подвижность и удо­

бообрабатываемость. Поэтому для выпускаемой смеси следует соблюдать строгий температурный режим. Температура смесей,

укладываемых вручную, должна быть всегда выше, чем при механизированной укладке.

В прохладное время при любом способе укладки темпера­ тура смеси должна по возможности приближаться к верхнему допустимому предмету.

Ниже описывается методика оценки удобообрабатываемо-

сти асфальтобетонных смесей.

Глава 8. ИСПЫТАНИЯ АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА

НОРМИРУЕМЫЕ ИСПЫТАНИЯ

При испытаниях асфальтового бетона определяются его фи­ зические и механические свойства: удельный и объемный веса, водонасыщаемость, плотность и пористость, сопротивление сжа­

тию, водоустойчивость, теплоустойчивость. Для холодного ас-

117

фальтового бетона производится дополнительное испытание,

характеризующее его технологическое свойство—слеживае-

мость. Кроме того, для контрольных, а также исследователь­ ских целей определяют состав асфальтового бетона путем эк­ страгирования битума и рассева минеральной смеси по фрак­ циям.

118