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

Таблица 8

Наименование

материалов

39

пературная устойчивость первых повышается. При нагревании такого смешанного (нефтесланцевого) битума до 130° значи­ тельных изменений его свойств не обнаруживается. Сланцевые битумы под влиянием атмосферных факторов также изменяют­ ся в большей степени, чем нефтяные. Тем не менее асфальто­ бетонные покрытия, сделанные с применением сланцевого би­ тума, имеют и некоторые преимущества.

В таких покрытиях нет или имеется лишь небольшое коли­ чество трещин, отсутствуют сдвиги и наплывы в летнее время, что свидетельствует о большей теплоустойчивости сланцевого битума.

Ленинградским филиалом СоюзДОРНИИ разработаны тех­ нические условия на окисленные сланцевые битумы, приводи­ мые в табл. 9.

Глава 4. МИНЕРАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК

Минеральный порошок является весьма важной составной частью асфальтового бетона. Проф. П. В. Сахаров впервые оп­ ределил назначение минерального порошка как структурной со­ ставляющей, образующей совместно с битумом «асфальтовяжу­ щее вещество», сцепляющее минеральные зерна-

По сравнению с другими минеральными материалами, вхо­ дящими в состав асфальтового бетона, минеральный порощок имеет значительно большую суммарную поверхность частиц. Благодаря своей развитой поверхности, адсорбирующей боль­

шую часть битума, минеральный порошок становится активной

■составной частью, сообщающей асфальтовому бетону необхо­ димые свойства. Поэтому от количества и свойств минерально­ го порошка в значительной степени зависят свойства асфаль­ тового бетона. В качестве минерального порошка применяются тонкоизмельченный материал, получаемый в результате помо­ ла каменных пород (главным образом известняков), а также и другие пылевидные материалы. Главнейшими особенностями

минерального порошка являются его способность к прочному-

сцеплению с битумом и его гранулометрический состав, в част­ ности количественное содержание в нем пылевидных частиц

мельче 0,074 мм.

Способность к сцеплению с битумом. Взаимодействие мине­ рального порошка с битумом обусловливается физикогхимичес- ким-и процессами, происходящими на границе битум—каменный материал, в силу которых на поверхности минеральных частиц образуется тонкая битумная пленка, не только обволакивающая их, но и прочно сцепленная с ними.

Связи, возникающие между битумом и частицами мине­ рального порошка, имеют первостепенное значение для свойств

40

асфальтового бетона. Поэтому важнейшей характеристикой ми­ нерального порошка является его способность к прочному сце­ плению с вяжущим.

На прочность сцепления с битумом оказывают влияние хи­ мический и минералогический состав минерального порошка,

а также и свойства битума. Лучшее сцепление с битумом, как

известно, дают гидрофобные материалы, поэтому для изготовле­ ния минерального порошка применяют чаще всего известняки,

Гидрофильные материалы (например, кварц) также способны в сухом состоянии адсорбировать своей поверхностью битум, хотя и в меньшей степени, чем гидрофобные, но при увлажне­ нии связь битума с поверхностью частиц будет ослабевать. Ми­ неральные порошки из гидрофильных каменных материалов не давали положительных результатов. Например, неоднократные попытки использовать в качестве минерального порошка про­

дукты размола кварцевого песка оставались безуспешными. Такой минеральный порошок не имеет требуемого взаимодей­

ствия с битумом, вследствие чего и асфальтовый бетон полу­ чается недоброкачественным: с пониженной водоустойчивостью' и теплоустойчивостью и с низкими показателями механической прочности. Это указывает на необходимость тщательного под­

бора материалов для приготовления минерального порошка.

Для выбора минерального порошка и оценки его способности:

к оцеплению с битумом А. И. Лысихиной предложен способ определения степени гидрофильности минерального порошка—

коэффициента гидрофильности.

Коэффициент гидрофильности определяется путем сопостав­

ления способности минерального порошка адсорбировать воду и керосин. Керосин является неполярной жидкостью, близкой по своей природе к битуму.

Коэффициент гидрофильности определяется по формуле-

где: т; — коэффициент гидрофильности;

ve и vK— объемы,, которые занимает навеска минерального порошка после набухания в течение трех суток в во­

де и керосине.

Объем минеральных порошков ив гидрофильных материалов будет в воде большим, чем в керосине. Следовательно, и коэф­ фициент гидрофильности их больше. Минеральные порошки из гидрофобных ■ материалов будут иметь больший объем в керо­ сине, а следовательно, и коэффициент гидрофильности таких порошков меньше. Этот коэффициент и принят ГОСТом.

Исследованиями Л. Н. Ястребовой (СоюзДОРНИИ) уста­

новлена взаимосвязь между теплоустойчивостью асфальтового-

бетона и характером минерального порошка. Образцы асфаль­ тового бетона с минеральным порошком из обидимского и мер­

41

гелистого известняков дали наилучшие показатели теплоустой­ чивости при одном и том же битуме. Образцы с золой дали низ­

кие показатели теплоустойчивости. Установление зависимости теплоустойчивости асфальтового бетона от свойств минераль­ ного порошка требует еще дополнительных исследований.

Гранулометрический состав. Минеральный порошок должен

состоять преимущественно из частиц мельче 0,074 мм. Чем

•больше мелких частиц минерального порошка, тем выше его удельная поверхность, а следовательно, и адсорбционная ем­ кость. Большая удельная поверхность минерального порошка обеспечивает высокую механическую прочность асфальтового бетона. Поэтому при прочих равных условиях чем больше мел­ ких частиц содержится в минеральном порошке, тем в меньшем количестве его надо вводить в асфальтобетонную смесь.

В минеральном порошке должно содержаться не менее 70% частиц мельче 0,074 мм.

Соотношение частиц разной крупности также определяет ка­ чество минерального порошкаДля определения его грануло­ метрического состава можно пользоваться приборами Сабани-

на или Робинзона1, дающими достаточно точные показатели. Кроме определения гранулометрического состава минераль­

ного порошка, распределение фракций в нем может быть оха­

рактеризовано пористостью, определяемой по формуле

п= (1 _ Ч.) ЮО,

\7у !

где: п.—пористость; Ту— удельный вес; То— объемный вес.

У одноразмерных минеральных порошков или очень тонких пористость будет выше. У разноразмерных минеральных порош­ ков, характеризующихся равномерным распределением частиц разного размера, пористость будет ниже. От пористости мине­ рального порошка зависит плотность асфальтового бетона.

ГОСТ 9128—59 предусматривает применение минерального

порошка с пористостью ниже 35% (при уплотнении нагрузкой

300 кг/см2).

Чем выше пористость минерального порошка, тем больше расход битума.

Разновидности минеральных порошков. Проф. П. В. Саха­

ров впервые в качестве минерального порошка применил тон­ комолотые естественные асфальтовые породы (известняки, про­

питанные битумом). Но в связи с трудностью тонкого размола таких пород и относительной дороговизной асфальтовый поро­ шок в настоящее время почти не применяется.

’ Эти приборы применяются для определения гранулометрического состава грунтов.

42

Наиболее широкое распространение получил минеральный

порошок, изготовляемый путем тонкого размола известняков.

Хорошее взаимодействие с битумом наряду с более или менее постоянным составом получающегося минерального порошка

обеспечило этому материалу несомненные преимущества по сравнению со всеми другими.

Для изготовления минерального порошка чаще всего приме­ няют известняки средней прочности с временным сопротивле­

нием сжатию 300—600 кг/см2. Применение слишком прочных известняков ограничивается трудностью их размола. Особое внимание надо обратить на то, чтобы известняковый материал не содержал посторонних загрязняющих примесей, в частности глины. Нерастворимый остаток в соляной кислоте не должен превышать 5% по весу.

Коэффициент гидрофильности минеральных порошков из хороших известняков колеблется в пределах 0,75—0,85.

Для улучшения условий хранения и уменьшения улетучива­ ния наиболее мелких фракций известняковый минеральный по­ рошок обрабатывают разжиженным или жидким битумом (2— 3%). После такой обработки порошок сохраняет рассыпчатость

и не впитывает влагу. Кроме того, предварительная гидрофобиза1ция улучшает сцепление битумной пленки с поверхностью минеральных частиц и способствует более равномерному рас­ пределению минерального порошка в асфальтобетонной смеси.

Необработанный минеральный порошок, даже при неболь­ шой влажности (2—3%), свертывается в комки, неравномерно распределяется в асфальтобетонной смеси.

В некоторых городах в качестве минерального порошка до­ вольно широко применяется зола каменных углей. Использова­ ние золы возможно лишь в том случае, если она имеет надле­ жащий гранулометрический состав (должно быть не менее 50—

60% частиц мельче 0,074 мм) и не содержит большого коли­ чества несгоревших частиц угля. Как минеральный порошок

зола имеет три основных недостатка.

Асфальтовый бетон с применением золы отличается, как правило, пониженной теплоустойчивостью.

Присутствие золы в асфальтовом бетоне вызывает повышен­ ный расход битума, так как зола поглощает больше битума по сравнению с известняковым порошком.

Кроме того, в процессе приготовления асфальтового бетона происходит значительное выдувание мелких фракций волы. Осо­ бенно оно велико при работе на смесителях Д-138. Это создает большие 'производственные затруднения и препятствует соблю­ дению необходимых санитарных норм. При работе на смесите­ лях Д-138 рекомендуется предварительно обработать золу жид­ ким или разжиженным битумом в лопастных мешалках или по­ давать ее непосредственно в смесительное отделение.

Дешевизна золы и наличие больших ее запасов заставляют

43

производственников все чаще искать пути применения этого материала. Применение золы может оказаться рациональным для асфальтобетонных (покрытий на малоответственных объек­ тах и, в частности, для покрытий тротуаров.

На некоторых заводах, в частности в Эстонской ССР и в Ленинградской области, в качестве минерального порошка при­ меняется зола горючих прибалтийских сланцев, так называе­ мый кукермит. Этот материал во многом аналогичен золе ка­

менных углей. Сланцевая зола использовалась также для про­

изводства асфальтового бетона и в г. Саратове. Сланцевую зо­ лу предварительно размалывали на шаровых мельницах для

получения однообразного по тонкости порошка. Объемный вес этого порошка 1,04, удельный вес 2,42, пористость 56% (при уплотнении в мензурке). Следует отметить повышенную против рекомендуемой техническими правилами пористость сланцевой золы.

Наряду с уменьшением плотности получаемого асфальтово­ го бетона такая повышенная пористость вызвала и увеличение

расхода битума —13% (сверх 100%). Из зарубежной практи­ ки также известно применение в качестве минерального порош­ ка сланцевой золы (Франция, США).

В качестве минерального порошка могут применяться про­

дукты тонкого размола .металлургических шлаков. Опытные' участки асфальтобетонных покрытий с применением шлакового, минерального порошка, построенные в Москве, показали хоро­

шие результаты.

Применению нестандартных минеральных порошков должна предшествовать тщательная лабораторная проверка как свойств

самого минерального порошка, так и получающейся асфальто­

бетонной смеси.

ЩЕБЕНЬ

Для приготовления асфальтового бетона должен применять­ ся щебень, получаемый дроблением прочных горных пород или крупного гравия, обладающих хорошим сцеплением с вяжущим-

Требования к каменным материалам, согласно ГОСТ

9128—59, приведены в табл. 10.

Имеется также успешный опыт применения в асфальтовом бетоне и более слабых каменных материалов1. Интересно отме­ тить, что механическая прочность образцов асфальтового бе­ тона, сделанного из мягких известняков, оказалась значитель­ но выше прочности исходного каменного материала. Это лишь подтверждает наличие лучшего взаимодействия между битумом

и пористым известняковым материалом.

44

1. Предел прочности породы на сжатие в водонасыщен­ ном состоянии кг/см?, ле менее ..................................

2.Потеря в весе после ис­ пытания на истираемость в полочном барабане в %,

не более ..........................

3.Сопротивление удару на копре ПМ, не менее . . .

Примечания: 1. Гравий оценивается по одному из показателей механической прочности (п. 2 или п. 3).

2, Щебень из металлургических шлаков должен иметь устойчивую структуру. Структура считается устойчивой, если в результате испыта­ ния. согласно ГОСТ 5578—57 (п. 18), количество зерен щебня размером мельче 3 мм не будет превышать 5% от всей первоначальной пробы.

Щебень или гравий должен состоять из однородных по проч­

ности пород. Смешанный щебень из различнх пород или раз­ личной прочности не допускается для применения в асфальто­

вом бетоне. Кроме того, в щебне не должно быть никаких за­ грязняющих примесей. Гранулометрический состав щебня для асфальтобетонных смесей, применяемых в верхнем слое дорож­ ных покрытий, должен быть таким, чтобы вместе с другими ма­

териалами он обеспечивал получение смеси, удовлетворяющей

требованиям оптимальной плотности.

Размер щебня выбирается в зависимости от типа асфальто­ вого бетона (но не крупнее 0,6 толщины верхнего слоя и 0,7

толщины нижнего слоя). Содержание в щебне так называемой «лещадки» или «пальцев» (щебенки с отношением взаимно-пер- пендикулярных измерений больше 2) не должно превышать

15%.

Для приготовления асфальтового бетона можно также ис­ пользовать и высевки, получаемые при дроблении камня. На­ личие в них большого количества частиц остроугольной формы

45

способствует повышению внутреннего трения, что увеличивает механическую прочность асфальтового бетона.

ПЕСОК

Песок, применяемый для асфальтового бетона, должен быть чистым, состоять ив зерен прочных каменных пород, не иметь загрязняющих примесей и содержать не более 3% глинистых частиц. Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами, обла­ дающей оптимальной плотностью. ГОСТом допускаются пески с модулем крупности 3,5—2,4 и 2,5—1,9.

Особенно большое значение имеет гранулометрический со­ став песка для качества песчаного асфальтового бетона.

Следует сказать, что в практике строительства асфальтобе­

тонных покрытий имеется немало примеров использования и мелких песков. В таких случаях в мелкие пески вводилась часть более крупного песка или каменные высевки. В табл. 11

приведен гранулометрический состав песков, применявшихся

Добавка к этому песку каменных высевок (0—5 мм) позво­ лила получить доброкачественный асфальтовый бетон. Высев­ ки были продуктом дробления кварцевого песчаника Алексе­ евского карьера Саратовской области.

Для постоянства свойств асфальтового бетона важно, чтобы песок имел один и тот же состав для каждой принимаемой пар­

тии. При отсутствии песка с постоянным составом необходимо

искусственно подбирать такую смесь из песка разного грану­ лометрического состава.

В асфальтовом бетоне могут применяться разные по проис­ хождению пески. Речной песок имеет более окатанные частицы с гладкой поверхностью. Горный песок отличается остроуголь-

46

ствует 'большей плотности смеси благодаря лучшему взаимно­

му заклиниванию частиц.

При наличии в песке кремнистых частиц крупнее 5 мм их необходимо отделить пропрохоткой и ,в асфальтобетонную смесь

не допускать.

Окончательная пригодность минеральных материалов для

асфальтового бетона устанавливается ик проверкой в опытных асфальтобетонных смесях.

Раздел III

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АСФАЛЬТОВОМ БЕТОНЕ

Глава 5. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

К АСФАЛЬТОВОМУ БЕТОНУ

Исходя из условий работы в дорожном покрытии, асфаль­ товый бетон должен отвечать следующим эксплуатационным требованиям, обеспечивающим долговечность покрытия и его надлежащее состояние в период эксплуатации:

1) деформационная устойчивость при высо­ ких температурах,

2)коррозионная устойчивость,

3)дефор.магивная способность при отрица­ тельных температурах (устойчивость против

образования трещин),

4)износоустойчивость,

5)устойчивость против старения.

Кроме того, к асфальтобетонной смеси предъявляется тех­ нологическое требование — у д обообра бат ы в аем ость в

процессе укладки и уплотнения.

Рассмотрим более подробно каждое из названных требова­ ний.

ДЕФОРМАЦИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

В настоящее время нашел применение метод расчета раз­

личных сооружений, в том числе и конструкций дорожной одеж­ ды по предельным состояниям. Предельным называется такое состояние конструкции, при котором становится невозможной ее дальнейшая нормальная эксплуатация. Для асфальтобетон­ ного покрытия основным видом предельного состояния являет­ ся возникновение предельных деформаций, т. е. деформаций,

недопустимых по условиям нормальной эксплуатации, хотя и не являющихся опасными для прочности покрытия.

48