Подбор состава асфальтобетона

Асфальтобетонная смесь представляет собой строительный материал, полученный искусственным путем. Согласно технологии получения, осуществляется рациональный подбор основных компонентов, а затем производится уплотнение материала вибраторами. Требования к характеристикам асфальтобетонного состава включены в ГОСТ 9128.

Какие ингредиенты используются в смеси?

В асфальтобетонном растворе присутствуют такие ингредиенты:

• компоненты минерального происхождения, такие как натуральный либо измельченный песок, щебенка (гравий), примеси тонкодисперсного порошка (по необходимости);
• вяжущие ингредиенты органического происхождения, например, битум.

Изначально вместо битума применялся деготь. Однако от него отказались по причине вредного влияния на здоровье человека и окружающую среду. Для смешения компонентов асфальтобетонную смесь нагревают. Назначение асфальтобетона — укладка дороги аэродромов и автодорог, обустройство промышленных полов. По принципу кладки асфальтобетон бывает:

• уплотненный;
• литой, отличается высокой текучестью и большим содержанием вяжущего материала, поэтому позволяет вести кладку без уплотнения.

По составу асфальтобетон бывает:

• щебеночный;
• гравийный;
• песчаный.

Вязкость битума и максимальная температура кладки определяют такие разновидности смесей:

• горячие, укладываемые при 120 °С со связующими в виде вязко-жидких дорожных битумов;
• холодные, укладываемые до 5 °С, где в качестве вяжущего выступают жидкие битумные материалы нефтяного происхождения;
• теплые для кладки до 70 °С на основе вязко-жидких битумов.

Однако последний тип, как отдельный вид, не встречается с 1999 года. Виды горячего асфальтобетона по величине остаточной процентной пористости:

• высокоплотные — 1—2,5%;
• высокопористые — 10—18%;
• плотные — 2,5—5%;
• пористые — 5—10%.

В холодных растворах эта величина составляет 6—10%. По максимальной величине частиц используемого минерального компонента асфальтобетонное полотно может быть:

• крупнозернистым с величиной частиц до 4 см;
• мелкозернистым с частицами до 2 см;
• песчаным с величиной до 5 см.

По гравийной составляющей асфальтобетоны классифицируются на:

• тип А, в котором состав минерального камня 50—60%;
• тип Б с содержанием камня 40—50%;
• тип В, включающего 30—40% заполнителя.

Какие существуют алгоритмы проектирования компонентного состава асфальтобетонов?

Для подбора состава асфальтобетонного раствора выбирают рациональное соотношение компонентов. Полученные составы имеют заданную плотность и технические свойства. Существует четыре алгоритма проектирования:

1. Метод профессора Сахарова П. В.
2. Способ по модулю насыщения, предоставленный профессором Дюрье М.
3. Алгоритм проектирования по требуемым условиям эксплуатации покрытия, полученный изысканиями профессора Рыбьева И. А.
4. Подбор по кривым плотности, разработанный профессором Иванов Н. И. при содействии СоюзДорНИИ.

Пример оптимального подбора ингредиентов асфальтобетонной смеси

В качестве примера компонентов асфальтобетона предлагается рассмотреть задачу: нужна мелкозернистая горячая смесь типа Б второго сорта для создания плотного верхнего шара дороги в третьей климатической зоне. Доступны такие ингредиенты:

• гранитная и известняковая щебенка зернистостью 0,5—2 см;
• речной песок;
• отсев после измельчения гранитной крошки;
• отсев после измельчения известняка;
• неактивированный минпорошок;
• битум материал БНД 90/130.

На первом этапе проводится тестирование и сравнение характеристик, представленных выше ингредиентов. По результатам проверки образцов с различным соотношением компонентов сделаны выводы, что для получения асфальтобетонных смесей Б типа и второго сорта подходят гранитный щебень, речной песок, гранитная пыль, минпорошок, битумный материал.

Известняк и пыль измельченного известнякового компонента не ответили нормативам ГОСТа по прочностным параметрам. На втором этапе рассчитывается щебень. Его содержание при крупности более 0,5 см равно 35-50%. Оптимальным в смесях является содержание 48%. В материале присутствует 95% частиц, указанной крупности, поэтому формула имеет вид:

Таким способом рассчитывают количество щебенки в смеси для фракционного состава.

На третьем этапе определяется состав минерального порошка. Вычисления начинаются с выведения массовых пропорций щебенки, песка и минпорошка с фракционным составом, согласно ГОСТу. Следовательно, содержание зерен размером менее 0,0071 см в минматериале асфальтобетона должно лежать в диапазоне 6-12%. Для вычислений берется 7%. При содержании элементов крупностью 0,0071 см 74% в порошковом минерале, формула расчета выглядит так:

Ввиду присутствия в смеси частиц менее 0,0071 см из гранитных отсевов, фракцию минпорошка принимают, равную 8%. На четвертом этапе рассчитывается количество песка. Общее его содержание составляет:

Песок =100 – (Щебенка минпорошок) = 100 – (50 8) = 42%.

В примере используется речной и гранитный отсев песка. Поэтому пропорции каждого определяются по отдельности. Процентное отношение речного компонента и гранитного отсева устанавливается по их фракции крупностью менее 0,125 см. Для асфальтобетонной смеси зерна должны находиться в количестве 28—39%. Берутся средние 34%, 8% из которых рассчитаны как доля минпорошка. Следовательно, песка нужно 34-8=26% для частиц крупностью менее 0,125 см. Так как массовая часть этих зерен в речном песчаном материале составляет 73%, гранитной пыли — 49%, пропорция для асфальтобетонных смесей Б типа имеет вид:

Округляем полученную величину до 22%, следовательно, содержание отсева из гранитной крошки составляет 42 – 22 = 20%. Подобный расчет проводится для каждой фракции песка и отсева. Данные сводятся в таблице и суммируются величины с размерами меньше заданных для каждого отдельного ингредиента, затем сравниваются с требованиями ГОСТа.

На пятой стадии рассчитывается содержание битумного компонента. Согласно условиям, щебенка, песок, отсев измельченного гранита, минпорошок смешиваются с 6% вяжущего ингредиента, что соответствует средней величине, требуемой в нормативном документе. Готовятся три образца смеси с высотой 7,14 см и соответствующего диаметра. Далее, производится уплотнение комбинированным методом:

• три минуты на виброплощадке при давлении 0,03 МПа;
• трехминутным уплотнением на вибропрессе при давлении 20 МПа.

Спустя двое суток определяется средняя плотность, то есть масса в величинах объема асфальтобетона, реальная плотность минеральной составляющей смеси r°. По полученным данным, помимо плотности, рассчитывается пористость минеральной составляющей тестируемых образцов.

Приблизительное количество битумного вяжущего определяется по действительной плотности всех ингредиентов с учетом остаточной пористости асфальтобетона V пор = 4%. При этом средняя плотность проб асфальтобетона с содержанием битума 6% на 100% минералов составляет 2,35 г/см3. Следовательно, формулы расчета имеют вид:

Далее готовится еще три образца асфальтобетона с содержанием битума 6,2% для определения остаточной пористости. Если ее величина составит 4,0 ± 0,5%, готовятся дополнительные 15 образцов такой смеси и тестируют их, согласно ГОСТ 9128-84.

При обнаружении несоответствия с требованиями нормативного документа, производится корректировка смеси и последующие ее испытания, как указано выше.