Презентация на тему Основные принципы подбора асфальтобетонных смесей

основании проекта автомобильной дороги. В задании указываются тип, вид

и марка асфальтобетонной смеси, а также конструктивный слой дорожной одежды, для которого она предназначена.
Подбор состава асфальтобетонной смеси включает испытание и по его результатам выбор составляющих материалов, а затем установление рационального соотношения между ними, обеспечивающего получение асфальтобетона со свойствами, отвечающими требованиям стандарта.
Минеральные материалы и битум испытывают в соответствии с действующими стандартами, а после проведения всего комплекса испытаний устанавливают пригодность материалов для асфальтобетонной смеси заданного типа и марки, руководствуясь положениями ГОСТ 9128-2009.
Выбор рационального соотношения между составляющими материалами начинают с расчета зернового состава.
Минеральную часть крупно- и мелкозернистых асфальтобетонных смесей при наличии крупного или среднего песка, а также отсевов дробления рекомендуется подбирать по непрерывным зерновым составам, при наличии мелкого природного песка - по прерывистым составам, где остов из щебня или гравия заполняется смесью, практически не содержащей зерен размером 5-0,63 мм.

видов холодных асфальтобетонных смесей подбирают только по непрерывным зерновым

составам.
Для удобства проведения расчетов целесообразно пользоваться кривыми предельных значений зерновых составов, построенными в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-2009 (рис).
Смесь щебня (гравия), песка и минерального порошка подбирают таким образом, чтобы кривая зернового состава располагалась в зоне, ограниченной предельными кривыми, и была по возможности плавной.
При подборе зернового состава смесей на дробленых песках и дробленом гравии, а также на материалах из отсевов дробления горных пород, для которых характерно высокое содержание тонкодисперсных зерен (мельче 0,071 мм), необходимо учитывать количество последних в общем содержании минерального порошка.
При использовании материалов из отсевов дробления изверженных горных пород полная замена минерального порошка их тонкодисперсной частью допускается в смесях для плотных горячих асфальтобетонов марки III, a также в смесях для пористых и высокопористых асфальтобетонов марок I и II.
В смесях для горячих, теплых и холодных асфальтобетонов марок I и II допускается только частичная замена минерального порошка; при этом в массе зерен мельче 0,071 мм, входящих в состав смеси, должно содержаться не менее 50% известнякового минерального порошка, отвечающего требованиям ГОСТ 16557.

пород в состав горячих и теплых смесей для плотных

асфальтобетонов марок II и III, а также холодных смесей марок I и II и смесей для пористых и высокопористых асфальтобетонов марок I и II минеральный порошок можно не вводить, если содержание зерен мельче 0,071 мм в отсевах обеспечивает соответствие зерновых составов требованиям ГОСТ 9128-2009, а свойства зерен мельче 0,315 мм в отсевах отвечают требованиям ГОСТ к минеральному порошку.

Рис. Непрерывные зерновые составы минеральной части горячих и теплых мелкозернистых (а) и песчаных (б) смесей для плотных асфальтобетонов, применяемых в верхних слоях покрытий.

теплых мелкозернистых асфальтобетонных смесей для плотных асфальтобетонов, применяемых в

верхних слоях покрытий

минеральной части горячих и теплых крупнозернистых смесей для плотных

асфальтобетонов, применяемых в нижних слоях покрытия и слоях оснований.

в IV-V дорожно-климатических зонах также допускается не вводить в

асфальтобетонные смеси марки II минеральный порошок, если в массе зерен мельче 0,071 мм содержится не менее 40% карбонатов кальция и магния (СаСО3+МgСО3).

В результате подбора зернового состава устанавливается процентное соотношение по массе между минеральными составляющими асфальтобетона: щебнем (гравием), песком и минеральным порошком.

Содержание битума в смеси выбирают предварительно в соответствии с рекомендациями прил.1 ГОСТ 9128-2009 и с учетом требований стандарта к величине остаточной пористости асфальтобетона для конкретного климатического региона. Так в IV-V дорожно-климатических зонах допускается применение асфальтобетонов с более высокой остаточной пористостью, чем в I-II, поэтому содержание битума в асфальтобетонах для этих зон назначают ближе к нижним рекомендуемым пределам, а в I-II - к верхним.

минеральной части горячих и теплых крупно- и мелкозернистых смесей

для пористых и высокопористых асфальтобетонов, применяемых в нижних слоях покрытий и слоях оснований.

с предварительно выбранным количеством битума и определяют: среднюю плотность

асфальтобетона, среднюю и истинную плотность минеральной части, пористость минеральной части и остаточную пористость асфальтобетона по ГОСТ 12801-84. Если остаточная пористость не соответствует выбранной, то из полученных характеристик рассчитывают требуемое содержание битума Б (%) по формуле:

Б

где V°пop - пористость минеральной части, % объема;
Vпор - выбранная остаточная пористость, % объема, принимается в соответствии с ГОСТ 9128-2009 для данной дорожно-климатической зоны;
rб - истинная плотность битума, г/см3; rб = 1 г/см3;
r°m - средняя плотность минеральной части, г/см3.

из нее три образца и определяют остаточную пористость асфальтобетона.
Если

остаточная пористость совпадает с выбранной, то рассчитанное количество битума принимается.
Асфальтобетонную смесь подобранного состава готовят в лаборатории: крупнозернистую - 24-30 кг, мелкозернистую - 8-10 кг и песчаную смесь - 3-4 кг. Из смеси изготавливают образцы и определяют соответствие их физико-механических свойств ГОСТ 9128-2009.
Если асфальтобетон подобранного состава не отвечает требованиям стандарта по некоторым показателям, например по прочности при 50°С, то рекомендуется увеличить (в допустимых пределах) содержание минерального порошка или применить более вязкий битум; при неудовлетворительных значениях прочности при 0°С следует снизить содержание минерального порошка, уменьшить вязкость битума или ввести добавку полимера.

минерального порошка, либо битума; при этом остаточная пористость и

пористость минерального остова должны оставаться в пределах, предусмотренных вышеупомянутым стандартом.
Для повышения водостойкости наиболее эффективны поверхностно-активные вещества и активированные минеральные порошки.
При назначении содержания битума для холодных асфальтобетонных смесей дополнительно следует предусмотреть меры, чтобы смесь не слеживалась при хранении. Для этого после определения требуемого количества битума готовят образцы для испытания на слеживаемость. Если показатель слеживаемости превышает требования ГОСТ 9128-2009, то содержание битума снижают на 0,5% и испытание повторяют. Уменьшать количество битума следует до получения удовлетворительных результатов по слеживаемости, однако при этом необходимо следить, чтобы величина остаточной пористости холодного асфальтобетона не превышала требований ГОСТ 9128-2009.
После корректировки состава асфальтобетонной смеси следует вновь испытать подобранную смесь.
Подбор состава асфальтобетонной смеси можно считать законченным, если все показатели свойств асфальтобетонных образцов отвечают требованиям вышеупомянутого ГОСТа.

горячей асфальтобетонной смеси типа Б марки II для плотного

асфальтобетона, предназначенного для устройства верхнего слоя покрытия в III дорожно-климатической зоне.
Имеются следующие материалы:
- щебень гранитный фракции 5-20 мм;
- щебень известняковый фракции 5-20 мм;
- песок речной;
- материал из отсевов дробления гранита;
- материал из отсевов дробления известняка;
- минеральный порошок неактивированный;
- битум нефтяной марки БНД 90/130 (по паспорту).
Характеристика испытываемых материалов приведена ниже.
Щебень гранитный: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 1000, марка по износу - И-I, марка по морозостойкости - Мрз25, истинная плотность - 2,70 г/см3;
щебень известняковый: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 400, марка по износу - И-IV, марка по морозостойкости - Мрз15, истинная плотность - 2,76 г/см3;
песок речной: содержание пылеватых и глинистых частиц - 1,8%, глины - 0,2% массы, истинная плотность - 2,68 г/см3;
материал из отсевов дробления гранита марки 1000:

- 0,4% массы, истинная плотность - 2,70 г/см3; материал

из отсевов дробления известняка марки 400: содержание пылеватых и глинистых частиц - 12%, глины - 0,5% массы, истинная плотность - 2,76 г/см3; минеральный порошок неактивированный: пористость - 33% объема, набухание образцов из смеси порошка с битумом - 2% объема, истинная плотность - 2,74 г/см3, показатель битумоемкости - 59 г, влажность - 0,3% массы; битум: глубина проникания иглы при 25°С - 94×0,1 мм, при 0°С - 31×0,1 мм, температура размягчения - 45°С, растяжимость при 25°С - 80 см, при 0°С - 6 см, температура хрупкости по Фраасу - минус 18°С, температура вспышки - 240°С, сцепление с минеральной частью асфальтобетонной смеси выдерживает, индекс пенетрации - минус 1.
По результатам испытаний пригодными для приготовления смесей типа Б марки II можно считать щебень гранитный, песок речной, материал из отсевов дробления гранита, минеральный порошок и битум марки БНД 90/130.

не отвечают требованиям табл. 10 и 11 ГОСТ 9128-2009

по показателям прочности.
Зерновые составы отобранных минеральных материалов приведены в табл.
Расчет состава минеральной части асфальтобетонной смеси начинают с определения такого соотношения масс щебня, песка и минерального порошка, при котором зерновой состав смеси этих материалов удовлетворяет требованиям табл. 6 ГОСТ 9128-2009.

Таблица

рис. 2,а содержание частиц щебня крупнее 5 мм в

асфальтобетонной смеси типа Б составляет 35-50%. Для данного случая принимаем содержание щебня Щ=48%. Поскольку зерен крупнее 5 мм в щебне содержится 95%, то щебня потребуется
Щ=

Полученное значение заносят в табл. 7 и рассчитывают содержание в смеси щебня каждой фракции (берут 50% количества каждой фракции щебня).

Расчет количества минерального порошка
В соответствии с ГОСТ 9128-84 и рис. 2,а содержание частиц, мельче 0,071 мм в минеральной части асфальтобетонной смеси типа Б должно быть в пределах 6-12%. Для расчета принимаем содержание частиц, например, ближе к нижнему пределу требований, т. е. 7%. Если количество этих частиц в минеральном порошке составляет 74%, то содержание минерального порошка в смеси
МП =

порошка, так как в песке и материале из отсевов

дробления гранита уже имеется небольшое количество частиц мельче 0,071 мм. Полученные данные заносят в табл.7 и рассчитывают содержание минерального порошка каждой фракции (берут 8%).
Расчет количества песка
Количество песка П в смеси составит:
П =100 - (Щ + МП) = 100 - (50 + 8) = 42%
Так как в данном примере использованы два вида песка (речной и материалы из отсевов дробления гранита), необходимо определить количество каждого из них в отдельности.
Соотношение между речным песком Пр и материалом из отсева дробления гранита можно установить по содержанию в них зерен мельче 1,25 мм, которых согласно ГОСТ 9128-84 и рис. 2,а в асфальтобетонной смеси типа Б должно быть 28-39%. Мы принимаем 34%; из них 8%, как рассчитано выше, приходится на долю минерального порошка. Тогда на долю песка остается 34-8=26% зерен мельче 1,25 мм. Учитывая, что массовая доля таких зерен в речном песке - 73%, а в материале из отсевов дробления гранита - 49%, составляем пропорцию для определения массовой доля речного песка в минеральной части асфальтобетонной смеси:

материала из отсева дробления гранита составит 42 - 22

= 20%. Рассчитав аналогично щебню и минеральному порошку количество каждой фракции в песке и материале, из отсевов дробления гранита, записываем полученные данные в табл. 7. Суммируя в каждой вертикальной графе количество частиц мельче данного размера, получаем общий зерновой состав смеси минеральных материалов. Сравнение полученного состава с требованиями ГОСТ 9128-84 показывает, что он удовлетворяет им.
Аналогично рассчитываем минеральную часть асфальтобетонной смеси прерывистого зернового состава.

Определение содержания битума
Щебень, песок, материал из отсевов дробления гранита и минеральный порошок смешивают с 6% битума. Такое количество битума является средним значением из рекомендуемых в прил. 1. ГОСТ 9128-84 для всех дорожно-климатических зон.
Из полученной смеси приготавливают три образца диаметром и высотой 71,4 мм.

уплотняют комбинированным методом: вибрированием на виброплощадке в течение 3

мин под нагрузкой 0,03 МПа (0,3 кгс/см2) и доуплотнением на прессе в течение 3 мин под нагрузкой 20 МПа (200 кгс/см2). Через 12 - 48 ч определяют среднюю плотность (объемную массу) асфальтобетона (образцов) , истинную плотность минеральной части асфальтобетона r° и на основании этих данных вычисляют среднюю плотность и пористость минеральной части образцов.
Зная истинную плотность всех материалов и выбрав по ГОСТ 9128-2009 остаточную пористость асфальтобетона Vпор = 4%, рассчитывают ориентировочное количество битума. Средняя плотность пробных асфальтобетонных образцов при содержании битума 6,0% (сверх 100% минеральной части) равна 2,35 г/см3. В этом случае

образца и определяют остаточную пористость. Если она будет в

пределах 4,0 ± 0,5% (как было принято для мелкозернистого асфальтобетона из смесей типа Б), то готовят новую смесь с таким же количеством битума, формуют 15 образцов и испытывают их в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-84 (по три образца на каждый вид испытания).
Если показатели свойств образцов, приготовленных из подобранной смеси, имеют отклонения от требований ГОСТа, то необходимо провести корректировку состава смеси и вновь ее испытать.

соответствовать указанным в таблице.

 Показатели физико-механических свойств асфальтобетонов, применяемых в

конкретных дорожно-климатических зонах, должны соответствовать указанным в таблице.

минеральной части ЩМА-10

части ЩМА-10

покрытий из ЩМА-10

материалах для приготовления смеси

минеральной части ЩМА-15

ЩМА-15

покрытий из ЩМА-15

материалах для приготовления смеси

минеральной части ЩМА-20

ЩМА-20

покрытий из ЩМА-20

и удовлетворяющий требованиям таблицы.

Однако отвергать другие порошки без

достаточного обоснования не рекомендуется.

использования в литом асфальтобетоне можно лишь по результатам испытаний

изготовленных на нем асфальтобетонных образцов.
Учет этого важного обстоятельства позволяет использовать в некоторых типах литого асфальтобетона даже такие, малопригодные на первый взгляд, порошки, как лессовые, молотый мергель, гипсовый камень или гипс, фильтр-прессные отходы сахарной промышленности, отходы содовых заводов, феррохромовый шлак и др.
Песок играет важную технологическую и экономическую роль в производстве литой асфальтобетонной смеси. При выборе песка предпочтение отдают природному песку. Чем плотнее и крупнее зерно, тем подвижнее и плотнее минеральная смесь и тем меньше она требует битума. В отличие от минерального порошка большинство природных морских, речных и озерных кварцевых песков в химическую реакцию с битумом не вступает.
Для большинства литых смесей можно рекомендовать пески удовлетворяющие требованиям стандарта и табл.

допускается применение отсевов дробления с наибольшей крупностью зерен 5

мм изверженных, метаморфических или плотных осадочных пород а также гравия.

Продолжение таблицы

типов не рекомендуется использование отсевов дробления, содержащих повышенное количество

пылеватых частиц, во избежание ухудшения подвижности смесей и увеличения расхода битума.
Дробленые пески желательно использовать лишь как добавку в природный окатанный песок при изготовлении смесей I и II типов. в чистом виде их можно применять только в смесях III, IV и V типов. Существенно улучшаются практически все свойства литого асфальтобетона при введении в смесь высевок фракции 3-5 мм из трудно полируемых горных пород. Соотношение фракции 3-5 мм и фракции 5-10 в смеси следует принимать как 2:1 или 1,5:1.
Щебень (гравий) для щебенистых (гравийных) литых смесей должен отвечать требованиям и табл. 3.
Не рекомендуется применять щебень, получаемый дроблением слабых (марка по дробимости ниже 600) и пористых пород. Пористый щебень быстро впитывает битум, и для обеспечения необходимой подвижности смеси содержание битума приходится увеличивать.

требуется применять щебень из плотных и трудно полируемых горных

пород, кубовидной формы максимальной крупностью до 15(20) мм. Причем для смесей I типа щебень рекомендуется фракции 3-15 с соотношением зерен размером 3-5, 5-10 и 10-15 мм как 2,5:1,5:1,0. Для смесей V типа максимальный размер зерна может достигать 20 мм, а для III - 40 мм. В последнем случае прочность исходной горной породы может быть снижена на 20-25 %.

метаморфических и изверженных горных пород, «Б» - щебень из

осадочных пород (кроме гравия), «В» гравий, «Г» щебень из гравия или шлаков.

Продолжение таблицы 3

из смесей II, III и V типов, но с

большой выгодой для производства, может быть снижено требование к дробимости зерен щебня. Дробление зерен в этих асфальтобетонных смесях маловероятно, так как формирование структуры в монолит происходит под влиянием гравитации или вибрации и без участия тяжелых катков.
В литых смесях II, III и V типом можно с успехом применять гравий. Благодаря окатанной форме и ультракислому характеру поверхности зерен смесь имеет повышенную подвижность при меньшем расходе битума.
Битум определяет фазовым состав асфальтового вяжущего вещества в асфальтобетоне, подвержен наибольшим изменениям по сравнению с другими компонентами смеси и влияет на теплоустойчивость покрытия. Поэтому, ориентируются в основном на вязкие марки, имеющие свойства, указанные в табл. 4.

указанных свойств, его улучшают добавками природных битумов, битуминозных пород,

эластомерами и т.п. К весьма эффективным добавкам относятся природные битумы, которые хорошо совместимы с нефтяными и просты в использовании.
Природные битумы образовались из нефти в верхних слоях земной коры в результате потери легких и средних фракций - природной деасфальтизации нефти, а также процессов взаимодействия ее компонентов с кислородом или серой.
На территории нашей страны природные битумы находятся в составе различных битуминозных пород и в чистом виде встречаются редко.

пластов, линз, жил и на поверхности. Наибольшее количество битума

содержится в пластовых и линзовых месторождениях. Жильные месторождения в нашей стране встречаются редко. Значительное количество природного битума находится в поверхностных месторождениях. По своему химическому составу эти битумы сходны с нефтяными. Природные битумы бывают твердыми, вязкими и жидкими. Твердые битумы (асфальтиты). Плотность асфальтитов 1100-1200 кг/м3, температура размягчения 145...215 °С. В среднем асфальтит содержит 25% масел, 20% смол и 55% асфальтенов.
Асфальтиты обладают повышенными адгезионными свойствами благодаря большому содержанию в их составе природных поверхностно-активных веществ - асфальтогеновых кислот и их ангидридов. Асфальтиты устойчивы к старению при воздействии солнечной радиации и кислорода воздуха.

введении в литую смесь дробленого полиэтилена, а также тонко

измельченного резинового порошка (ТИРП) в количестве 1,5% от массы минеральных материалов.
В качестве добавки, повышающей теплоустойчивость литого асфальтобетона, рекомендуют использовать дегазированную серу в комовом, гранулированном (размер гранул до 6 мм) или жидком виде.
Серу вводят в мешалку на горячие минеральные материалы, т.е. перед подачей битума. Количество серы назначают в пределах 0,25-0,65 от содержания битума. При этом количество битума с серой составляет 0,4-0,6 от содержания минерального порошка.

в виду, что большинство перечисленных «ноу-хау» требуют преодоления серьезных

технических и технологических проблем, а также дополнительных финансовых затрат, решить которые могут далеко не все организации.
Увеличивая себестоимость производства, они не всегда способствуют улучшению технологических свойств смесей и эксплуатационных характеристик покрытия, а также здоровья людей и экологии.
Рецептуру смесей рекомендуется подбирать по специальной методике. К расчету содержания компонентов приступают после определения зернового (гранулометрического) состава всех минеральных материалов и построения кривой рассева. Кривая должна вписываться в рекомендуемые пределы для конкретного типа смеси

асфальтобетонных смесей

в рекомендуемые пределы, производят корректировку содержания отдельных зерен, изменяя

их количество в минеральной смеси.
При расчете количества минерального порошка необходимо вносить поправку на содержание в минеральной смеси пыли от песка и щебня.
Далее, руководствуясь численными значениями фазового состава асфальтового вяжущего вещества (Б/МП) и его количества (Б+МП) для соответствующего типа литой смеси, вводят дозу битума (полимербитума или другого битумного вяжущего) и определяют показатели свойств.
Основными показателями свойств образцов литой смеси и асфальтобетона, на заданные значения которых подбирают состав, являются для типов:
• I и V - подвижность, глубина вдавливания штампа и водонасыщение;
• II - подвижность, прочность при сжатии при +50 °С и глубина вдавливания штампа;
• III - подвижность и водонасыщение;
• IV - водонасыщение и прочность при сжатии при +50 °С.

при изгибе и модуль упругости при 0 °С, а

также коэффициент трещиностойкости, как отношение величин указанных показателей.
При полном соответствии свойств смеси и асфальтобетона требуемым (табл.), подбор считается успешно выполненным.

Таблица – Физико-механические свойства литого асфальтобетона