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

По мере уплотнения холодного асфальтового бетона нара­ стает и его прочность. Процесс формирования покрытия, т. е. образования плотного слоя асфальтового бетона, обладающего необходимыми физико-механическими свойствами, происходит

время оставаться рыхлым после его изготовления и уплотнять­ ся в холодном состоянии обусловлена применением вяжущих материалов с .меньшей начальной вязкостью, а также и мень­

шим количеством вяжущего по сравнению с асфальтовым бе­ тоном, укладываемом в горячем состоянии.

В связи с использованием менее вязких битумов для обес­ печения необходимой механической прочности холодного ас­

фальтового бетона в его состав вводится большее количество мелких фракций (минерального порошка). Меньшее количество битума по сравнению со смесями, применяемыми в горячем со­ стоянии, наряду с большим количеством минерального порош­

ка обусловливает распределение битума в холодном асфаль­ товом бетоне более тонкими слоями на поверхности минераль­ ных частиц.

Тонкие битумные слои обеспечивают хорошее сцепление ми­ неральных частиц при их сближении в процессе уплотнения

■смеси и являются одним из факторов, определяющих механи­ ческую прочность холодного асфальтового бетона. Со временем,

по мере увеличения вязкости битума, прочность уплотненного

холодного асфальтового бетона возрастает. На механическую

прочность, как и в горячем асфальтовом1 бетоне, оказывают

влияние плотность смеси и коэффициент внутреннего трения.

Применение угловатых зерен с шероховатой поверхностью спо­ собствует лучшему взаимному заклиниванию частиц и повы­ шает механическую прочность асфальтового бетона.

Поэтому в холодном асфальтовом бетоне желательно при­ менять дробленые каменные материалы. Материалы с окатан­ ными зернами, например гравий, значительно снижают меха­

ническую прочность холодного асфальтового бетона.

В связи с пониженной вязкостью битума и минимальной тол­ щиной битумной пленки на поверхности минеральных частиц холодные асфальтобетонные смеси обнаруживают способность к значительно большему уплотнению по сравнению со смесями,

применяемыми в горячем состоянии. При этом процесс уплот­ нения смесей холодного асфальтового бетона может продол­

жаться длительное время. Уплотнение холодного асфальтового

бетона, происходящее с течением времени, может быть проил­ люстрировано следующими показателями.

По данным Б. А. Козловского, образцы холодного асфаль­ тового бетона, взятые из покрытия, прослужившего до 12 лет, показали водонасыщаемость от 1 до 3%. В то же время при­

139

готовленные из этих же вырубок лабораторные образцы, полу­ чившие обычное для лабораторных испытаний уплотнение 300 кг/сл2, показали водонасыщение до 8%. При уплотнении

образцов под давлением 800 кг/см2 некоторые из них дали 5% водонасыщения. Таким образом, уплотнение, полученное холодным асфальтовым бетоном за время его службы в до­ рожном покрытии, оказалось больше того уплотнения, которое

бетона при изготовлении образцов для лабораторных испыта­ ний производится под давлением 400 кг/см2.

При подборе состава холодного асфальтового бетона следу­ ет выбирать такую смесь, которая наряду с другими свойства­ ми будет поддаваться более интенсивному уплотнению.

На свойства холодного асфальтового бетона большое влия­ ние оказывает характер оцепления битума с минеральными ма­

териалами. Особенно это сказывается на водоустойчивости смеси, так как в период формирования покрытия холодный ас­ фальтовый бетон обладает еще значительной пористостью и способен поглощать большое количество воды.

При использовании гидрофильных каменных материалов во­ да, насыщающая поры асфальтового бетона, будет ослаблять сцепление битума с поверхностью каменного материала и плен­ ка вяжущего будет постепенно отслаиваться и вытесняться во­ дой. Такое покрытие будет неизбежно разрушаться. Вообще, на формирование покрытия из холодного асфальтового бетона отрицательно сказывается длительное насыщение его водой,

особенно в начальный период.

В первые годы применения холодного асфальтового бетона его минеральная часть, как правило, состояла только из известнякового материала. Опыт длительной эксплуатации до­ рожных покрытий показал, что с течением времени они при­ обретают гладкую, «шлифованную», поверхность. В связи с этим при увлажнении такое покрытие становится чрезмерно скользким. Этот недостаток холодного асфальтового бетона можно устранить введением в состав минеральной части 20— 25% песка или гранитных высевок. Покрытие, сделанное из такого асфальтового бетона, обладает достаточной шерохова­ тостью1.

В настоящее время выпускается холодный асфальтовый бе­ тон, имеющий один из трех видов минеральных материалов:

измельченный известняк, смесь измельченного известняка и пес­ ка (до 30%), смесь гранитных или других порочных высевок (около 60%), песка около 20% и минерального порошка около

20%.

1 Шероховатость покрытия можно достигнуть также и его поверхно­ стной обработкой.

140

Во всех трех смесях должно быть не менее 15—25% фрак­ ций мельче 0,074 мм. Если в составе измельченного известняка

недостаточно этих фракций, то в первые два состава также до­ бавляется необходимое количество минерального порошка.

Требования, предъявляемые к холодному асфальтовому бе­

тону. Технические требования, которым должны удовлетворять

+20° (±3°). Размеры, образцов: диаметр 5,05 см, высота 5 см. Для об­ разцов диаметром и высотой 7 см требуемые показатели предела проч­

класса Б составляет 6 час., асфальтобетонных образцов с жидким биту­ мом класса А и дегтебетонных образцов — 2 часа.

3. Физико-механические свойства холодного асфальтового бетона и дегтебетона после прогрева при 90° определяют только при подборе со­ става смеси и значительных изменениях качества применяемых мине­

ральных и вяжущих матриалов.

4. Требованиям, предусмотренным для прогретых образцов, должны также отвечать образцы, отобранные из готового покрытия (в перефор­ мованном состоянии).

1 Технические правила устройства дорожных покрытий из холодного ас­ фальтобетона и холодного дегтебетона. Автотрансиздат, 1956.

141

Для холодного асфальтового бетона допускается, водонасы­ щение несколько большее, чем для смесей, укладываемых в го­ рячем состоянии. Это объясняется тем, что по мере уплотнения

асфальтового бетона в покрытии его водонасыщение будет сни­ жаться. Кроме того, при снижении норм водонасыщения увели­ чится слеживаемость смеси из-за большего количества битума..

Нижний предел водонасыщения также регламентируется, так. как применение менее вязких битумов обусловливает склонность холодного асфальтового бетона к образованию сдвигов, наплы­ вов и волн. При употреблении более жирных смесей (имеющих меньшее водонасыщение) эти явления будут усиливаться, не го­

воря об их большей слеживаемости.

Весьма важно для холодных асфальтобетонных смесей испы­ тание на набухание, так как мелкие фракции занимают в нем. значительный удельный вес. Свойства же мелких фракций вли­ яют главным образом на набухание смеси. При определении

водонасыщаемости смеси следует учитывать и ее набухание.

Дело в том, что с увеличением набухания смеси увеличится и ее водонасыщение. Поэтому для оценки пористости смеси, что осо­

бенно важно при уточнении количества битума, необходимо по-, лученную величину объемного водонасыщения уменьшить на ве­ личину набухания и, исходя из полученных результатов, уточнить

содержание битума.

Вопрос об удобообрабатываемости холодного асфальтового

бетона или его способности длительное время оставаться в рых­ лом состоянии (так называемая живучесть смеси) имеет едва ли не решающее значение для оценки качества этого материа­ ла. Холодный асфальтовый бетон, склонный к слеживанию, ут­ рачивает свое основное преимущество и, по существу, перестает быть материалом, применимым в холодном виде. Слежавшийся и превратившийся в трудноразрыхляемые комья асфальтовый!

бетон не может ни транспортироваться к месту работы, ни тем более укладываться в покрытие ровным слоем заданной толщи­ ны. Поэтому не случайно, что вопрос оценки степени слеживае­ мости, а также и выработки методики подбора состава удобооб-

рабатываемого холодного асфальтового бетона привлекал и про­ должает привлекать к себе внимание 'Исследователей.

На основе работ, проведенных в СоюзДОРНИИ кандидатом технических наук Е. Н. Козловой, предложен принцип подбора оптимального количества битума в холодном асфальтовом бето­ не, исходящий из условий прочности. Установлено, что смеси, содержащие битума на 20% меньше того количества, которое соответствует максимальной прочности образцов на сжатие, со­ храняют рыхлость и не слеживаются при хранении. На слежива­ емость холодного асфальтового бетона оказывает также влия­ ние и технологический процесс его приготовления в части, ка­ сающейся режима охлаждения смеси. Температура смеси, выхо­ дящей из асфальтобетонной машины, составляет обычно ПО—

Г42

120°. До момента складирования смесь надо обязательно охла­ дить до 50—60°. Чем ниже температура смеси, поступающей на.

склад, тем лучше условия ее хранения и тем меньше она будет

слеживаться. Поэтому охлаждение смеси, выходящей из асфаль­ тобетонной машины, является неотъемлемым элементом всего-

технологического процесса.

Условия хранения смеси также должны предотвращать воз­ можность слеживания. Необходимо, чтобы высота штабеля бы­ ла не более 1,5 ж. В результате длительного хранения даже хо­ рошей по условиям слежива-е.мости смеси могут образоваться, слабые комья, легко поддающиеся рыхлению.

Е. Н. Козловой в ■ СоюзДОРНИИ исследован ряд добавок, уменьшающих слеживаемость холодного асфальтового бетона. Ниже приводятся некоторые рекомендации.

Материалы, применяемые для приготовления холодного асфальтового бетона

Вяжущие материалы. Для холодного асфальтового бетона применяются жидкие битумы класса А или Б с вязкостью 120— 180 сек. по стандартному вискозиметру (при отверстии 5 мм и температуре 60°).

Если асфальтобетонную смесь необходимо длительное время хранить на складе или она предназначается для применения при

сравнительно низких температурах, то следует выбирать битум с меньшей вязкостью в пределах указанных границ.

Такой битум можно получить в готовом виде или составить на асфальтобетонном заводе из вязких битумов БН-0, БН-Т,

БН-П и разжижителя.

Минеральные материалы. По своим свойствам минеральные материалы для холодного асфальтового бетона не отличаются от материалов, применяемых для асфальтобетонных смесей, ук­

ладываемых в горячем состоянии.

Каменные материалы из твердых пород (граниты и др.) дол­ жны иметь прочность не ниже 1000 кг/'см2. При применении из­ вестняков прочность их должна быть не ниже 800 кг/см2. Не до­ пускается применение мергелистых и кремнистых известняков.

Особое значение приобретает прочность каменных материа­ лов для холодного асфальтового бетона, применяемого для по­ верхностной обработки дорожных покрытий.

Каменный материал необходимо раздробить в мелочь, гра­ нулометрический состав которой должен удовлетворять требо­ ванию получения смесей оптимальной плотности. Можно такжеприменить каменные высевки, получающиеся при дроблении щебня (известнякового или гранитного).

Наибольший размер фракций должен составлять 6—8 мм. При менее прочных материалах принимается меньший размер.

143.

'Окончательная пригодность минеральных материалов устанав­ ливается путем испытаний опытных образцов холодного асфаль­ тового бетона.

Глава 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА

АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА

Обоснованный подбор состава, обеспечивающего материалу

лись главным образом типовыми составами, которые в настоя­ щее время служат исключительно для плановых и грубых смет­ ных расчетов.

Советскими исследователями разработано несколько мето­ дов проектирования состава асфальтового бетона. К ним отно­ сятся: проектирование смеси по асфальтовяжущему веществу (битум + минеральный порошок), предложенное проф. П. В. Сахаровым в 1909 году, метод Московского Ушосдора, разра­ ботанный в 1931 году А. В. Окниным и Б. А. Козловским, под­ бор минеральной смеси с оптимальной плотностью, разрабо­ танный проф. Н. Н. Ивановым, ускоренный метод СоюзДОРНИИ, предложенный кандидатом технических наук А. И. Лысихиной и Ц. Г. Ханиной. К сожалению, ни один из названных методов, так же как и ни один из методов, применя­

емых в зарубежной практике, не дает возможности заранее, на основе свойств исходных материалов, предсказать свойства ас­ фальтового бетона.

Наиболее разработанным элементом проектирования соста­ ва асфальтового бетона является принцип подбора грануломет­ рического состава, обеспечивающего оптимальную плотность

минеральной смеси, предложенный проф. Н. Н. Ивановым.

В остальном подбор асфальтобетонной смеси, согласно при­ меняемым методам, является эмпирическим: из нескольких при­ готовляемых смесей выбирают ту, образцы которой наилучшим образом удовлетворяют требованиям Технических правил (в

настоящее время требованиям ГОСТа).

Критериями при подборе состава асфальтового бетона яв­ ляются лишь показатели, позволяющие приближенно судить о поведении материала при высоких летних температурах, а так­

же частично о его коррозионной устойчивости. Остается совер­ шенно неизвестным поведение подобранного материала при по­ ниженных температурах. В основе каждого из применяемых в настоящее время методов лежит принцип подбора состава, обе­ спечивающего наивысшую прочность асфальтового бетона при положительных температурах. Но из рассмотрения свойств ас­ фальтового бетона становится ясным, что не всегда наивысшим

.прочностным характеристикам при положительных температу-

.144

то требуемое соотношение между битумом и минеральным по­ рошком для смеси можно определить из следующей зависимо­ сти:

JS рх_ R[

Б

П1g Ртах Rt

где: — —количественное соотношение битума и минераль­ ного порошка в асфальтовом бетоне;

—количественное соотношение битума и минераль­

ного порошка, при котором достигается наивыс­

шая прочность смеси этих материалов /?; (марка

И. А. Рыбьева производится по следующей схеме:

1)подбор плотной минеральной смеси (щебня и песка) и определение ее фактической плотности;

2)определение количественного соотношения битума и ми­ нерального порошка из приведенной выше зависимости.

При этом предполагается, что известны марка вяжуще­

Если марка вяжущего неизвестна, ее следует .предварительно

определить; 3) экспериментальное уточнение количества битума, исходя

из заданных величин, характеризующих так. называемую под­ вижность асфальтового бетона и его удобообрабатываемость.

Рассмотренный метод подбора состава асфальтового бето­

на является, по существу, первой попыткой установления ма­ тематической зависимости прочности материала от ряда фак­ торов, этим он является несомненно прогрессивным.

К сожалению, этот метод, как и другие, не учитывает свой­ ства асфальтового бетона при низких температурах. Следует отметить, что отсутствие регламентированных условий переме­ шивания минерального порошка с битумом' при определении

марки вяжущего и асфальтобетонной смеси вносит некоторую

146

условность во взаимосвязь прочности асфальтового бетона и марки вяжущего. Новый метод подбора состава асфальтобе­ тонной смеси необходимо более широко опробовать в производ­ ственных условиях.

В настоящее время наиболее распространен метод СоюзДОРНИИ, который включает метод Московского Ушосдора и способ подбора плотной минеральной смеси шроф. Н. Н. Ива­ нова. Этот метод положен в основу проектирования состава

асфальтового бетона действующими Техническими правилами. Производится проектирование по следующей схеме:

1)подбор и испытание исходных материалов;

2)подбор соотношений минеральных материалов (щебень,

песок, минеральный порошок), в зависимости от их грануло­ метрического состава;

3)определение оптимального количества битума для подо­ бранной минеральной смеси;

4)испытание контрольных образцов.

Состав асфальтового бетона следует проектировать на ос­

нове технического задания, в котором указываются тип асфаль­ тового бетона, назначение и условия применения.

При наличии определенных материалов дается их характе­

ристика.

На основе этих данных необходимо четко определить техни­ ческие требования, предъявляемые к асфальтовому бетону в

соответствии с действующим ГОСТом.

При подборе состава надо обратить особое внимание на ис­ пользование местных проверенных материалов, снижающих стоимость асфальтового бетона.

Подбор и испытание исходных материалов

Исходные материалы подбирают в зависимости от типа и назначения асфальтового бетона с учетом требований, предъ­ являемых к качеству материалов. Особое внимание при этом

следует обратить на то, чтобы выбранные материалы обеспечи­ вали не только хорошие показатели механической прочности,

но и достаточную теплоустойчивость и водоустойчивость ас­

фальтового бетона.

Битумы должны применяться, как правило, улучшенных ма­ рок. В средней полосе СССР для магистральных дорог исполь­ зуют битумы БН-П-У, для городских дорог с большой грузона­ пряженностью применяются битумы БН-Ш-У. С глубиной про­ никания иглы при +25° в пределах 60—80). В южных районах страны для городских и магистральных дорог используют би­

тумы БН-Ш-У.

Для холодного асфальтового бетона желательно примене­ ние жидких битумов класса А, обеспечивающих ускоренное формирование покрытия.

Минеральные материалы должны соответствовать указан­ ным выше требованиям.

При отсутствии хорошего сцепления битума с минеральны­

ми материалами следует применять добавки извести или цемен­ та для модификации поверхности частиц щебня или песка, а

также поверхностно-активные добавки (торфяной деготь, ферросоапсток, ферролигносульфонат, и др.).

Для устройства асфальтобетонных покрытий в осеннее вре­

мя при пониженных температурах воздуха целесообразно во всех случаях применять смеси с поверхностно-активными до­ бавками, что необходимо учитывать при подборе состава смеси.

При проектировании состава песчаного атфальтового бето­

случаях использования естественных песков с окатанными зер­ нами, характеризующимися небольшой величиной внутреннего

трения. Добавка извести повысит сцепление, а следовательно,

и прочность асфальтового бетона и компенсирует недостающее внутреннее трение смеси.

Для улучшения гранулометрического состава естественных песков применять высевки (0—5 мм), получающиеся при дроб­ лении прочных горных пород. Особенное значение это имеет при использовании мелких некондиционных песков.

Кроме улучшения гранулометрического состава, обеспечиваю­ щего получение плотной смеси, введение высевок (остроуголь­ ные частицы с шероховатой поверхностью) увеличивает внут­ реннее трение.

Все применяемые исходные материалы необходимо испы­ тать в соответствии с действующими ГОСТами. Окончательная их пригодность устанавливается по результатам испытаний опытных асфальтобетонных смесей.

Подбор соотношения минеральных материалов

Смесь минеральных материалов следует подбирать таким образом, чтобы она имела оптимальную плотность.

Ориентировочные гранулометрические составы минераль­ ных материалов для асфальтового бетона, удовлетворяющие этому требованию, приведены в табл. 12.

На рис. 4 даны кривые смесей с оптимальной плотностью, составленные по данным табл. 12 для разных типов асфальто­ вого бетона. Сплошными линиями обозначены предельные кривые, рекомендуемые для плотных асфальтовых бетонов,

пунктирными обозначены допускаемые пределы смесей для плотного асфальтового бетона, обладающих необходимой плот­ ностью, но с меньшим содержанием частиц крупнее 0,5 мм. За-

143,