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

штрихованная площадь показывает пределы смесей, рекомен­ дуемых для пористых асфальтовых бетонов.

По данным гранулометрического состава имеющихся мине­ ральных материалов расчетным путем подбирается смесь, сос­ тав которой должен быть в пределах, указанных в табл. 12. Гранулометрический состав смеси изображается графически. Полученная кривая должна быть плавной, без резких перело­ мов и укладываться между предельными кривыми оптималь­ ной плотности. Если кривая удовлетворяет этим требованиям,

то подобранную смесь проверяют опытным путем. Объемный

вес подбираемой минеральной смеси должен быть наибольшим.

Определение оптимального количества битума для подобранной минеральной смеси

Из подобранной минеральной смеси и битума изготовляют опытные асфальтобетонные смеси. Обычно готовят 3—4 смеси с разным содержанием битума, назначаемого в пределах, ука­

занных в табл. 12 (с интервалом О,5°/о). Смеси приготовляют в лабораторных мешалках при определенном времени переме­

шивания.

Минеральный материал предварительно просушивают и на­ гревают до температуры +160°, а битум обезвоживают путем

выпаривания и также нагревают до той же температуры.

Из полученных смесей приготовляют стандартные цилин­ дрические образцы для испытаний. Для каждой смеси опреде­ ляется объемное водонасыщение и сопротивление сжатию при

температурах +50 и +20°.

Количество битума, содержащегося в смеси, которая имеет наилучшие результаты испытаний, соответствующие техничес­

ким требованиям, считается оптимальным.

После установления оптимального количества битума из выбранной смеси изготовляют контрольные образцы, подвергая их всесторонним испытаниям, согласно требованиям ГОСТа. На основании результатов испытаний устанавливают оконча­ тельный состав асфальтового бетона и его соответствие техни­

ческому заданию.

Подбор минеральной части асфальтового бетона по кривым оптимальной плотности дает возможность быстро определять пригодность материала по гранулометрическому составу. Это

позволяет значительно ускорить процесс подбора за счет со­ кращения числа лабораторных испытаний.

При подборе состава асфальтового бетона наряду с техни­ ческими необходимо учитывать и экономические показатели.

Как известно, наиболее дорогостоящими компонентами явля­ ются битум и минеральный порошок. Поэтому более экономич­ ным окажется состав, содержащий меньше этих материалов

(разумеется, при безусловном соблюдении требуемых техни­ ческих показателей).

149

Пример подбора состава асфальтового бетона

Требуется подобрать состав мелкозернистого асфальтового бетона для устройства верхнего слоя дорожного покрытия в

мельнице, обработанной жидким битумом.

Гранулометрические составы имеющихся минеральных мате­ риалов приведены в табл. 23.

Из этих материалов, взятых в определенных соотношениях, мы должны получить такую смесь, которая по своему грану­

лометрическому составу удовлетворит требованиям табл. 12 и

0,5 мм—15%;

частиц мельче 0,25 мм—22%, или частный остаток на сите

0,25 мм—8%;

частиц мельче 0,15 мм—18%, или частный остаток на сите

0,15 мм—4%;

450

частиц мельче 0,074 мм—15%, или частный остаток на сиге

0,074 мм—3%.

Определяем количество каждого материала, которое надо

ввести в смесь.

Количество минерального порошка назначаем, исходя из

содержания в нем частиц мельче 0,074 мм. Этих частиц в на­ шем минеральном порошке 74%, следовательно, для того что­ бы в асфальтобетонной смеси их оказалось 15%, потребуется минерального порошка

х = JA+12L = 20%.

74

Определим, сколько частиц других размеров, содержащих­ ся в минеральном порошке, будет введено .в смесь:

частиц крупнее 0,25 мм— 3 X 20 =0,6%.

Для удобства расчетов составляем таблицу для подбирае­ мой смеси, куда заносим полученные результаты (табл. 24).

Количество каменной мелочи подбираем, исходя из наличия в ней фракций крупнее 5 мм (в песке этих фракций неболь­

шое количество).

Расчет производим так же, как -и в предыдущем случае. Количество необходимой каменной мелочи

х = 25 • JOg. =43%.

58

Имея в виду, что фракции крупнее 5 мм содержатся и в песке, снижаем количество каменной мелочи ориентировочно на 3%. Определяем количество остальных фракций, содержа­ щихся в каменной мелочи, которые будут введены в смесь (в

частицы крупнее 5 мм (5—15 мм) составят———23,2%;

15

Таблица 24

Наименование мате­ риалов

Подсчитываем, сколько каждой фракции песка будет вве­ дено в смесь:

Вносим полученные результаты в табл. 24, затем суммиру­ ем все частные остатки каждой фракции.

Для того чтобы проверить полученный состав смеси по кри­

вой оптимальной плотности, высчитываем количество частиц

Если полученная кривая укладывается в пределы кривых оптимальной плотности, то рассчитанная смесь обеспечит не­ обходимую плотность асфальтовому бетону. Если кривая име­ ет ломаный характер или отдельные ее точки выходят ва пре­ делы кривых оптимальной плотности, это указывает на избы­ ток или недостаток соответствующих фракций. В этом случае нужно изменить, подобранные соотношения материалов и до­ биться получения более плавной кривой. Значительные откло-

152

нения от кривой указывают на непригодность принятых мате­ риалов или на необходимость добавки других.

Обычно при подборе гранулометрического состава смеси наиболее «дефицитными» являются фракции от 0,5 до 2 мм. Эти фракции в необходимом количестве содержатся лишь в

крупнозернистых песках. В каменной мелочи они или вовсе от­ сутствуют (так как прогрохотка ведется через сита с отверстия­

ми 5 мм), или имеются в незначительном количестве. Поэтому очень трудно подбирать смесь, если песок имеет недостаточное количество фракций 0,5—2 мм. Для пополнения недостающих фракций рекомендуется вводить в смесь каменные высевки

(0—5 мм). Если в результате произведенных расчетов кривая получится приемлемой, можно приступить к опытной проверке

подобранного состава смеси.

Проверка состоит в подборе оптимального количества би­

тума для данной смеси и определения физико-механических показателей асфальтобетонной смеси.

Для этого составляем опытные асфальтобетонные смеси на основе подобранной минеральной смеси и битума. Назначаем

153.

Из приведенных показателей видно, что смесь № 1 облада­ ет избыточным водонасыщением. Это указывает на ее большую пористость.

Смесь № 4 слишком пластична вследствие избытка битума. По этой же причине она обладает и низким показателем сопро­

тивления сжатию при + 50°. Две другие смеси имеют показате­ ли в пределах норм для асфальтового бетона для магистраль­

ных дорог. Учитывая предъявленные требования, нужно повы* сить показатель сопротивления сжатию -при +50°.

Показатели сопротивления сжатию для этих смесей сравни­ тельно невысоки. Здесь могло сказаться влияние жидкого би­

тума, которым обработан минеральный порошок. Количество жидкого битума составляет 2,5—3% к весу минерального по­ рошка, или около 7% к весу вязкого битума.

Для повышения прочности в смеси № 2 и № 3 вводится до­ полнительно 2% минерального порошка за счет песка. Это должно также благоприятно сказаться на повышении тепло­

ных испытаний следующие:

лях, в которых происходит частичное выдувание минерального порошка, то надо соответственно увеличить его количество. На-

154

пример, для обычных смесителей Г-1 для компенсации выдува­ ния1 приходится увеличивать содержание минерального порош­

ка на 1—2% ( к весу асфальтобетонной смеси).

Как уже отмечалось выше, подобранный состав, необходи­ мо откорректировать на асфальтобетонном заводе .в зависимо­ сти от особенностей перемешивания смеси в машинах.

Кроме того, в процессе приготовления асфальтобетонной смеси надо корректировать установленный состав в зависимо­

сти от особенностей применяемых материалов и результатов текущих испытаний образцов.

Особенности подбора состава холодного асфальтового бетона

Методика подбора состава холодного асфальтового бетона та же, что и для смесей, применяемых в горячем состоянии. Гранулометрический состав подбирается по тем же кривым оп­

тимальной плотности (см. рис. 4) или в соответствии с табл. 12, но в данном случае, в связи с меньшей вязкостью битума, коли­

чество мелких фракций (мельче 0,074 льи) в смеси должно быть

большим, чем в смесях, применяемых в горячем состоянии. Ко­ личество частиц мельче 0,074 мм принимается ближе к верх­

нему пределу. Наибольший размер частиц—обычно 6—8 мм. Для получения покрытий, обладающих достаточной шеро­

ховатостью, рекомендуется иметь в смеси 20—25% частиц твер­ дых кристаллических пород.

При использовании дробленых известняков добавка песка или гранитных высевок дает возможность варьировать в подбо­ ре гранулометрического состава смеси. Недостаток в смеси час­

тиц мельче 0,074 мм компенсируется минеральным порошком.

Заслуживает внимания графический метод подбора соста­ ва холодного асфальтового бетона, предложенный Л. В. Грине­

вичем 12.

Оптимальное количество битума для холодного асфальто­ вого бетона определяется не только исходя из получения не­ обходимых физико-механических показателей, но и из условия

получения смеси, способной оставаться длительное время в рыхлом состоянии. Как уже указывалось, смеси, обладающие этим свойством и являющиеся в то же время достаточно ус­ тойчивым в покрытии, должны содержать битума на 20% мень­ ше того количества, которое соответствует максимальной проч­

ности образца на сжатие.

При подборе состава холодного асфальтового бетона обычно

155

7% веса сухой смеси минеральных материалов. Перед сме­ шением минеральный материал просушивают при температуре 120—130°, а битум обезвоживают при температуре НО—120°, перемешивание материалов производится в лабораторной ме­ шалке при температуре 100—-110°.

Из каждой смеси изготовляют стандартные образцы под давлением 400 кг/см2. При наибольшей крупности зерен в 8— 10 мм готовятся образцы диаметром и высотой 50 мм; при крупности до 15—20 мм — образцы диаметром и высотой 71 мм.

По результатам испытаний на сжатие при температуре +20° устанавливают содержание битума, дающее наибольшую проч­ ность. Это количество битума снижается на 15—20% и снова готовят пробную смесь. Свойства подобранной таким образом

смеси проверяются в соответствии с требованиями Технических правил. Если водонасыщение окажется повышенным, то состав смеси корректируется в первую очередь за счет увеличения до­ зы минерального порошка. Это может потребовать некоторого увеличения количества битума. Полученная смесь снова про­ веряется описанным способом и при соответствии результатов требованиям Технических правил состав принимается для про­ изводства.

Если этим условиям удовлетворяют несколько смесей раз­ личных составов, то следует выбрать ту, которая легче уплот­ няется. Для этого из каждой смеси делают по два дополнитель­ ных образца, причем один из них уплотняется при обычной для

каждого образца определяют объемный вес. Чем ближе вели­ чина объемных весов обоих образцов, тем лучше уплотняемость смеси. Из сопоставляемых смесей для производства выбирают ту, для которой разница объемных весов будет наименьшей.

Если при испытании образцы набухают больше, чем это допустимо установленными нормами, то это указывает на не­ пригодность минеральной смеси. В этом случае изменяют со­ отношение между минеральными материалами, а при необхо­ димости заменяют выбранные другими.

Глава 11. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ФОРМИРОВАНИЯ

СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТОВОГО БЕТОНА

. Формирование требуемой структуры асфальтового бетона обеспечивается надлежащим подбором состава асфальтобетон­

ной смеси, рациональным технологическим процессом ее при­ готовления и уплотнения.

Вопросы подбора состава асфальтобетонной смеси рассмо­ трены выше. Остановимся вкратце на зависимости структуры асфальтового бетона от особенностей технологического, про­ цесса.

156

Температурный режим приготовления асфальтобетонной смеси

Начало структурообравования в асфальтовом бетоне отно­ сится к моменту объединения минеральных материалов с би­ тумом. До этого минеральные материалы должны быть просу­ шены и нагреты до температуры, определяемой вязкостью при­

меняемого битума.

Битум следует обезводить и нагреть до температуры, при которой он приобретает вязкость, необходимую для хорошего перемешивания с минеральными материалами. Температура на­ грева битума зависит от его вязкости.

Удаление влаги, содержащейся в минеральных материалах и битуме, улучшает сцепление последнего с поверхностью ми­

неральных частиц. Нагрев минеральных материалов, как и на­

грев битума, обеспечивает условия, необходимые для хороше­ го обволакивания минеральных частиц битумом. Высокая тем­ пература асфальтобетонной смеси необходима не только для

хорошего перемешивания, но и уплотнения (смесей, укладывае­ мых в горячем состоянии).

Выше отмечалась роль сорбционных и хемосорбционных про­ цессов, протекающих в результате контакта минеральных ма­ териалов с битумом. Высокая температура асфальтобетонной смеси способствует также интенсификации этих процессов.

Верхний температурный предел ограничивается отрицатель­

ным влиянием высоких температур на свойства битума. В дан­ ном случае речь идет о битуме, находящемся в состоянии тон­ ких слоев, когда он становится особенно восприимчивым к воз­ действию высоких температур.

Для вязких битумов предельная температура нагрева при­

нимается 160—165°. Предельная температура минеральных ма­

териалов, подлежащих объединению с вязкими битумами, при­ нимается 180°. В случае применения минерального порошка, вводимого в мешалку в холодном состоянии, его температуру к моменту объединения с битумом надо довести до предельно допустимой за счет тепла остальных минеральных материалов (путем предварительного «сухого» перемешивания).

Поскольку минеральный порошок является наиболее актив­

ным структурообразующим компонентом асфальтового бетона (в сравнении с остальными минеральными материалами), для него должны быть созданы наилучшие условия взаимодейст­

вия с битумом. Высокая температура минерального порошка

обеспечит более интенсивное протекание хемосорбционных про­ цессов и тем самым будет способствовать увеличению сцепле­ ния с битумом.

Повышению качества асфальтового бетона способствует не только наиболее высокая (в допускаемых пределах) темпера­ тура смеси во время ее приготовления, но и более продолжи­ тельное выдерживание смеси при достаточно высокой темпе­ ратуре.

157

Положительное влияние термостатирования готовой асфаль­ тобетонной смеси подтверждается как лабораторными, так и

опытно-производственными работами.

Следует отметить, что улучшение свойств проявляется в большей степени в асфальтовых бетонах, приготовленных из карбонатных горных пород.

При замене известнякового минерального порошка, напри­ мер кварцевым, свойства асфальтобетонной смеси изменяются в результате термостатирования значительно слабее.

Можно полагать, что длительное выдерживание смеси при высокой температуре улучшает свойства асфальтового бетона

в той мере, .в какой это способствует интенсификации хемосорбционных процессов. Если по характеру объединяемых ми­ неральных и вяжущих материалов хемосорбционные соедине­ ния не образуются, то и термостатирование таких смесей не может давать положительных результатов.

(Практически в производственных условиях трудно осущест­

вить термостатирование горячей асфальтобетонной смеси. Ча­ стично термостатирование достигается в тех случаях, когда го­ товая асфальтобетонная смесь поступает из мешалки смесителя

в промежуточный накопительный бункер, оборудованный теп­ лоизоляцией.

Время выдерживания асфальтобетонной смеси, естественно,

зависит от соотношения объема бункера и производительности

смесителя.

Перемешивание асфальтобетонной смеси

Перемешивание минеральных материалов с битумом яв­ ляется важнейшим элементом технологического процесса при­ готовления асфальтового бетона, активно влияющим на фор­ мирование его структуры.

До недавних пор процессу перемешивания асфальтобетон­ ной смеси не уделялось достаточного внимания. Для различ­ ных видов мешалок были установлены и в ряде случаев про­

должают действовать мало обоснованные нормы продолжи­

тельности перемешивания.

Исследования последних лет позволили выявить значение, этого процесса, зависимости физико-механических свойств ас­ фальтового бетона от характера и режима перемешивания, на­

метить пути совершенствования этого процесса.

свободного и принудительного перемешивания. В первом слу­

чае перемешивание асфальтобетонной смеси производится за счет свободного перемещения материалов, происходящего во время вращения барабанной мешалки. (Такое перемешивание

осуществляется, например, в смесителе Д-138).

158