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

Во втором случае перемешивание производится в мешалке

■принудительного действия, снабженной двумя вращающимися навстречу друг другу валами с лопастями. Вращающиеся ло­ пасти интенсивно перемешивают загруженные в мешалку ма­ териалы, создавая в ней встречные потоки смеси. Такими ме­ шалками оборудованы отечественные асфальтобетонные маши­ ны типов Д-152, Д-225.

В результате перемешивания асфальтобетонной смеси не­ обходимо достигнуть равномерного распределения в смеси всех ее компонентов, возможно более полного покрытия поверхности минеральных частиц битумом. Последнее особенно важно при отсутствии в смеси избыточного битума. В этом случае при хо­ рошем перемешивании битум распределяется более тонкими

слоями.

Таким образом, равномерное покрытие поверхности мине­ ральных частиц наиболее тонкими слоями битума (толщина ко­

торых для данной минеральной смеси предопределяется коли­

чеством вводимого битума) представляет собой одну из наибо­ лее важных задач процесса перемешивания.

Важным элементом перемешивания асфальтобетонной сме­ си является и так называемое сухое перемешивание, т. е. пе­ ремешивание минеральных компонентов, производимое до вве­ дения битума.

В результате сухого перемешивания достигается частичное обволакивание зерен песка и щебня тончайшими частицами ми­ нерального порошка, что способствует улучшению сцепления с

битумом.

С этой точки зрения заслуживает внимания технологичес­

кий режим, принятый в некоторых асфальтобетонных машинах, в которых для сухого перемешивания предусмотрены специаль­

ные камеры.

Принцип свободного перемешивания не может быть признан

приемлемым для приготовления асфальтобетонных смесей. Сво­

бодным перемешиванием не обеспечиваются равномерное рас­

пределение в смеси всех ее компонентов (однородность смеси) и хорошее обволакивание минеральных частиц битумом. Вслед­

ствие этого при свободном перемешивании не получают добро­

качественный асфальтовый бетон. Этот способ можно допус­ тить только для приготовления крупнозернистых асфальтобе­

тонных смесей, используемых для устройства нижнего слоя до­

рожных покрытий.

В мешалках принудительного действия при рациональном режиме перемешивания достигается хорошее объединение ми­ неральных материалов с битумом и получение однородной ас­

фальтобетонной смеси.

Однако, как показали исследования автора (проведенные на асфальтобетонных заводах Москвы, и в СоюзДОРНИИ), принятый в настоящее время режим перемешивания не обес-

159

печивает получения наилучшей (при данных исходных материа­ лах) структуры асфальтового бетона.

Изучение зависимости физико-механических свойств ас­ фальтового бетона от режима перемешивания в мешалках ас­ фальтобетонных машин Д-152 (Д-325) показывает следующее.

С увеличением времени перемешивания (минеральных ма­ териалов с битумом) с 1 до 4—5 мин. непрерывно улучшаются все физико-механические свойства асфальтового бетона (при оптимальном количестве битума для новых условий). Наиболее

резко изменяются свойства в течение первых 2—3 мин. переме­ шивания. В течение последующих 2—3 мин. свойства изменяют­ ся менее интенсивно. После этого начинается агрегация частиц, которая снова уменьшает однородность смеси.

С увеличением времени перемешивания снижается опти­ мальное количество битума. В среднем, при увеличении време­ ни перемешивания с Л до 3—4 мин., количество битума сни­ жается на 10—15% (или на 0,5—0,8% к весу смеси). По-в-иди-

мому, это связано с тем, что в длительно перемешанной смеси битум распределяется более тонкими слоями.

Соответственно уменьшению оптимального количества би­ тума возрастают и показатели механической прочности.

Наивысшие показатели механической прочности (при дан­ ном оптимальном количестве битума) можно получить только при определенной интенсивности перемешивания.

Если смесь, содержащую оптимальное количество битума, соответствующее обычному времени перемешивания 1 мин., пе­ ремешивать в течение большего времени, например 3—4 мин., то она окажется чрезмерно пластичной; показатель водонасы­

щения снизится ниже допустимого предела, прочность также

понизится, особенно при температуре +50°; ухудшится пока­ затель теплоустойчивости.

Асфальтобетонные смеси с увеличенным временем переме­ шивания (с соответствующим снижением количества битума) отличаются повышенной удобообрабатываемостью и лучшей

уплотняемостью.

Влияние времени перемешивания на физико-механические

свойства асфальтового бетона иллюстрируется данными, при­

веденными в табл. 27.

Смеси были приготовлены в асфальтобетонной машине Д-152. В песчаном асфальтовом бетоне содержание битума бы­

при длительном перемешивании (с соответствующим снижением количества битума), осуществлена на -ряде опытных участков. Во -всех случаях обращают на себя внимание значительно луч­ шая удобообрабатываемость и уплотняемость таких смесей.

160

Таблица 27

Зависимость физико-механических свойств асфальтового бетона

___________ от длительности перемешивания_____________ _

Коэффициент уплотнения составляет 1,30—'1,35, а в некото­ рых случаях доходит до 1,35—1,40 (в среднем на 0,03—0,05 вы­ ше в сравнении с однотипным асфальтовым бетоном, который перемешивался 1—1,5 мин.).

В табл. 28 дано сопоставление показателей свойств песчано­

С изменением времени перемешивания наиболее интенсивно меняются свойства в асфальтовых бетонах, содержащих мини­

тонных смесей, применяемых в холодном состоянии, в которых,

как известно, оптимальное количество битума значительно ни­ же, чем в смесях, укладываемых в горячем состоянии.

В табл. 29 приводятся данные, характеризующие изменение

физико-механических свойств холодного асфальтового бетона

(минеральная часть — асбестовые отходы) в зависимости от длительности перемешивания в лопастной мешалке (асфальто­ бетонный завод г. Свердловска). Испытания производились в Уральском научно-исследовательском институте Академии коммунального хозяйства РСФСР.

Обращает на себя внимание, что' с увеличением времени пе­ ремешивания весьма интенсивно растет прочность на сжатие

в водонасыщенном состоянии. Этот показатель является очень важной характеристикой холодного асфальтового бетона, кото­ рым предопределяется и интенсивность формирования дорож­ ного покрытия.

До сих пор нет разработанной методики оценки качества

перемешивания. Качество перемешивания косвенно характери­ зуется показателями физико-механических свойств образцов асфальтового бетона. Равномерность перемешивания в преде­ лах данного замеса оценивается путем сопоставления физико­ механических свойств проб, взятых из различных частей заме­

са (например, в начале, середине, конце выпускаемой из ме­ шалки порции) или в различных местах мешалки. Из взятых

проб готовят стандартные лабораторные образцы, которые за­ тем -испытывают. Значительные расхождения в показателях проб указывают на недоброкачественное перемешивание. Неод­ нородность асфальтобетонной смеси приводит к получению де­ фектных дорожных покрытий.

Одним из показателей качества перемешивания является полнота покрытия поверхности минеральных частиц битумом.

В качестве критерия для оценки степени перемешивания А. С. Колбановской предложено определять величину покрытой

битумом минеральной поверхности по методике, основанной на способности некоторых красителей избирательно адсорбировать-

162

Таблица 29

Изменение физико-механических свойств холодного асфальтового бетона в зависимости от времени перемешивания в лопастной мешалке

0i

СО

ся на поверхности минеральных частиц. Эта методика упоми­ налась выше в связи с ее применением для оценки прочности сцепления битума с поверхностью минеральных частиц. Как уже отмечалось, в качестве красителя, который адсорбируется только на не покрытой битумом поверхности (и не адсорби­ руется при этом на поверхности, покрытой битумом), был при­ менен метиленовый, голубой.

Суммарная поверхность минеральных частиц, не покрытая битумом So определяется по формуле

So = -^-100%,

где: qn—адсорбция красителя навеской битумо-минеральной смеси;

<7о—адсорбция красителя такой же навеской исходно­

го минерального материала.

Суммарная поверхность минеральной смеси, покрытая би­ тумом, определяется по формуле

Sn = 100 - Srt.

Аналогичный метод оценки соотношения поверхностей ми­

164

кого-то времени (зависящего от характера мешалки) покры­ тие поверхности минеральных частиц битумом становится мак­ симальным. Для лабораторной мешалки максимальное покры­ тие наступало через 15 мин. Для мешалки асфальтобетонной машины Д-152 это время составляет 5—7 мин.

На рис. 29 показана зависимость степени покрытия мине­ ральных частиц битумом от времени перемешивания асфальто­

бетонной смеси в смесителе Д-152.

Состав смеси № 1: песка — 77,7%, минерального порошка — 16,5%, битума БН-П-У —5,8%.

Состав смеси № 2: песка-—80,2%, минерального порошка —

14,2%, битума БН-П-1—5,3%.

Из приводимых графиков видно, насколько интенсивно ме­ няется степень покрытия минеральных частиц битумом с уве­ личением времени перемешивания. Необходимо отметить, что

изменение покрытия с 95 до 99 % (для смеси № 2) следует считать весьма ощутимым, так как получение большего покры­

тия сверх 90%, а тем более 95% требует большой работы пе­

ремешивания. Сравнительно быстро нарастает во времени сте­ пень покрытия при меньших ее величинах. Более высокая сте­ пень покрытия минеральных частиц битумом в смеси № 2 мо­ жет быть объяснена большим удельным содержанием в ней

битума (в расчете -на минеральный порошок). Исследования­ ми режима перемешивания в лабораторных мешалках, прове­ денными Н. В. Горелышевым и А. С. Колбановской, также под­ тверждено, что с увеличением содержания битума в смеси зна­ чительно возрастает степень покрытия при одном и том же вре­ мени перемешивания. При этом увеличение количества битума

приводит к быстрому покрытию минеральных частиц в процес­ се 1перемешивания. Так, например, в одной из смесей при со­

держании битума 9,5% покрытие зерен через 1 мин. составило

98%, а через 5 мин. — 99%.

При содержании битума 9% (оптимальное количество для исследованной смеси) покрытие 98% поверхности достигается лишь через 15 мин.

Совершенно очевидно, что свойства асфальтового бетона за­ висят от того, насколько полно поверхность минеральных частиц

покрыта битумом. Особенно тесно с этим показателем связана водоустойчивость асфальтового бетона.

Но в результате хорошего перемешивания достигаются не

только наиболее полное обволакивание минеральных частиц, но

и рациональное распределение битума в смеси. Битум покры­ вает поверхность минеральных частиц наиболее тонкими слоя­ ми, равномернее распределяется в смеси и объемный битум,

заполняющий межзерновые пространства. Более рациональное распределение битума способствует образованию и наиболее прочной структуры асфальтового 'бетона.

Увеличение времени перемешивания не является единствен­

на

ным и лритом наиболее рациональным способом интенсифика­ ций перемешивания. Это применимо лишь ,в действующих ас­ фальтобетонных машинах. В целях предотвращения снижения производительности (вызываемого более продолжительным пе­ ремешиванием) целесообразно устанавливать на асфальтобе­ тонной машине (Д-152, Д-325) дополнительную мешалку, на­ пример по схеме, изображенной на рис. 30. Взвешенные порции

сти перемешивания асфаль­ тобетонных смесей может быть также достигнуто за счет неко­ торого увеличения скорости вращения валов лопастной мешал­ ки и подачи битума в нее под давлением. Эти способы интен­

сификации перемешивания могут применяться наряду с увели­ чением времени перемешивания или с увеличением объема ме­ шалки (с соответствующим увеличением времени перемешива­ ния). Во вновь конструируемых асфальтобетонных машинах'с ло­ пастными мешалками целесообразно, по нашему мнению, пре­ дусматривать мешалки увеличенной емкости. Это позволит при данной производительности машины выпускать замесы боль­ шего веса с более продолжительным перемешиванием.

За последнее время проведены значительные исследователь­

ские работы, связанные с применением вибрационного переме­ шивания асфальтобетонных смесей. Впервые такой метод при­ менен Н. В. Михайловым при приготовлении цементно-бетонных смесей, для которых , он оказался весьма эффективным.

Применительно к асфальтобетонным смесям исследование вибрационногоспособа перемешивания проводилось И. А. Рьибье-

вым (НИИМосстрой) Н. В. Горелышевым (СоюзДОРНИИ). В. Н. Кононовым (НИИМосстрой), И. П. Керовым (НИИстрой-

дормаш), А. М. Скудра (Институт архитектуры и строительст­ ва Академии наук Латвийской СССР) и др. Имеющиеся дан­

ные показывают, что вибрационный способ перемешивания ас­ фальтобетонных смесей является эффективным. В данном слу­

чае также подтверждается выявленная для лопастных мешалок

зависимость физико-механических свойств асфальтового бетона от длительности перемешивания. Возможности применения ви­ брационного способа перемешивания выяснятся после заверше­ ния опытных работ.

166

новка состоит из так называемого импактора 5, двухвальной лопастной мешалки 7, битумных насосов 1 и битумопроводов.

Из битумного котла 2 битум насосом подается в цилиндри­

ческий сосуд, названный импактором. В нем расположен фильтр 4, представляющий собой сетку с мелкими отверстиями, перекрывающую все поперечное сечение сосуда. Через фильтр битум попадает в дозатор <3, из которого насосом высокого

давления (17,5—21 атм) подается к распределительным соплам, расположенным над мешалкой. Распределительные сопла снаб­

жены специальными насадками с пружинами, которые обеспе­ чивают подачу битума в виде мельчайших капель. По шкале 6

регулируется количество подаваемого в мешалку битума,

Компания Вибау (Германия) выпускает подобные установ­ ки с мешалками емкостью 900 кг. На рис. 31, б изображен об­ щий вид асфальтобетонной машины, оборудованной установ­

кой для динамического перемешивания.

Интенсификации перемешивания минеральных материалов

■с битумом можно достигнуть и путем введения в смесь поверх­ ностно-активных веществ. Проведенные исследования показа­

ли, что этот метод интенсификации является одним из наибо­ лее эффективных.

Особая роль поверхностно-активных веществ в процессах смачивания показана в работах акад. П. А. Ребиндера и его сотрудников. Небольшие добавки поверхностно-активных ве­ ществ существенно понижают поверхностное натяжение на

границе битум—минеральный материал и тем самым облегчают

условия смачивания минеральных частиц битумом.

В работах А. И. Лисихиной, проводившей исследования влияния различных поверхностно-активных добавок на битумо­

минеральные смеси, отмечается, что под влиянием добавок процесс перемешивания смесей значительно ускоряется.

Н. В. Горелышев и А. С. Колбановская, исследовавшие интен­ сивность перемешивания различных смесей в присутствии по­

верхностно-активных добавок в лабораторной мешалке, также отмечают значительное ускорение покрытия минеральных час­

тиц битумом.

Автором совместно с С. М. Богдасаровым, М. А. Головня, Ц. Г. Ханиной и В. Н Кононовым проводилось исследование влияния различных поверхностно-активных добавок на физико-

механические свойства асфальтового бетона и интенсивность пе­ ремешивания в асфальто-бетонных машинах типа Д-Г52 ’. В табл. 30 приводятся данные, характеризующие влияние на интенсивность перемешивания и физико-механические свойст­ ва мелкозернистого асфальтового бетона двух поверхностно-

активных добавок: ФР и окисленный петролатум.

1 Совместная работа СоюзДОРНИИ, треста «Гордорсгрюй» № 1 Уп­ равления дорожно-мостового строительства Главмосстроя и института НИИМосстрой.

168