Купить программу для составления рецептов асфальтобетонных смесей. Методы расчета состава асфальтобетонной смеси. Пример оптимального подбора ингредиентов асфальтобетонной смеси
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.
- 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:
- Метод профессора Сахарова П. В.
- Способ по модулю насыщения, предоставленный профессором Дюрье М.
- Алгоритм проектирования по требуемым условиям эксплуатации покрытия, полученный изысканиями профессора Рыбьева И. А.
- 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 , 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.
Магистратура
О.А. КИСЕЛЕВА
РАСЧЕТ СОСТАВА асфальтоБЕТОННОЙ СМЕСИ
Для магистрантов, обучающихся по направлению 270100
«Строительство», методические указания к расчетно-графической работе
по дисциплине «Физические основы проектирования новых строительных
материалов»
Утверждено Редакционно-издательским советом ТГТУ
Печатный вариант электронного издания
Тамбов
РИС ТГТУ
УДК 625.855.3(076)
ББК 0311-033я73-5
Составители: к.т.н., доц. О. А. Киселева
Рецензент: д.т.н., проф. Леденев В.И.
Расчет состава асфальтобетонной смеси: Метод.указ. / Сост.: О.А. Киселева. Тамбов: ТГТУ, 2010 – 16 с.
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Физические основы проектирования новых строительных материалов» для магистрантов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство».
Утверждено редакционно - издательским советом Тамбовского государственного технического университета
© ГОУ ВПО «Тамбовский государственный
технический университет» (ТГТУ), 2010
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания посвящены подбору состава асфальтобетона.
Для проектирования состава асфальтобетона необходимо знать следующее:
– зерновой состав заполнителей,
– марку битума,
– марку асфальтобетона.
Расчет состава асфальтобетона заключается в выборе рационального соотношения между составляющими материалами, обеспечивающего оптимальную плотность минерального остова при требуемом количестве битума и получение бетона с заданными техническими свойствами при определенной технологии производства работ.
МЕТОДЫ РАСЧЕТА СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
Наиболее широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей . Он гласит, что наибольшая прочность бетона достигается при условии максимальной плотности минерального состава путем расчета гранулометрического состава и определения содержания оптимального количества битума и минерального порошка.
Расчет состава асфальтобетона включает в себя следующие этапы :
– расчет гранулометрического состава минеральной смеси по принципу минимума пустот,
– определение оптимального количества битума,
– определение физико-механических свойств рассчитанных смесей,
– внесение корректив в полученные составы смесей.
1.Расчет гранулометрического состава минеральной смеси . С этой целью для мелкого и крупного заполнителя по данным о частных остатков на ситах находят остатки А i , % равные сумме частных остатков (а i) на данном сите и на всех ситах мельче данного . Полученные результаты с учетом марки асфальтобетона по крупности заполнителя вносятся в таблице 1.
2.Определяем количество заполнителя по фракциям. Расчет выполняется по предельным кривым, соответствующим выбранным коэффициентам сбега (рис. 1) . Кривые с коэффициентом сбега меньше 0,7 относят к составам минеральной части асфальтобетонной смеси с незначительным содержанием минерального порошка. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка.
С этой целью в зависимости от марки асфальтобетона определяется требуемое количество песка на сите с разметом ячейки 1,25 или щебня на сите с размером ячейки 5 мм (для мелкозернистого асфальтобетона). Например, для крупнозернистого асфальтобетона количество частиц песка мельче 1,25 мм находится в пределах от 23 до 46 %. Принимаем 40 %. После этого определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка
Т а б л и ц а 1
Гранулометрический состав минеральной смеси
| Вид заполнителя | Остатки | Размеры отверстий сит | ||||||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,07 | |||||
| Щебень | а i | а 20 щ | а 10 щ | а 5 щ | ||||||
| А i | А 20 щ | А 10 щ | А 5 щ | |||||||
| Песок | а i | а 2,5 п | а 1,25 п | а 0,63 п | а 0,315 п | а 0,14 п | ||||
| А i | А 2,5 п | А 1,25 п | А 0,63 п | А 0,315 п | А 0,14 п | |||||
| Минеральный порошок | а i | а 0,63 м | а 0,315 м | а 0,14 м | а 0,07 м | |||||
| А i | А 0,63 м | А 0,315 м | А 0,14 м | А 0,07 м |
Определяется требуемое количество минерального порошка на сите с разметом ячейки 0,071. Для крупнозернистого асфальтобетона количество частиц мельче 0,071 мм находится в пределах от 4 до 18 %. Принимаем 10 %. После этого определяем коэффициент для корректировки зернового состава минерального порошка 
.
Определяем коэффициент для корректировки зернового состава щебня (или песка) 
. И уточняем зерновой состав заполнителей (таблица 2).
Т а б л и ц а 2
Расчетный состав заполнителей
| Вид заполнителя | Остатки | Размеры отверстий сит | ||||||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,07 | |||||
| Щебень | а i | К щ × а 20 щ | К щ × а 10 щ | К щ × а 5 щ | ||||||
| А i | ||||||||||
| Песок | а i | К п × а 2,5 п | К п × а 1,25 п | К п × а 0,63 п | К п × а 0,315 п | К п × а 0,14 п | ||||
| А i | ||||||||||
| Минеральный порошок | а i | К м × а 0,63 м | К м × а 0,315 м | К м × а 0,14 м | К м × а 0,07 м | |||||
| А i | ||||||||||
| ∑А |
 |
 |
По полученным данным строится кривая гранулометрического состава конкретной рассчитанной смеси, которая должна располагаться между предельными кривыми сбега. Уточняем количество компонентов наполнителя по фракциям с учетом типа асфальтобетона по таблица 3.
Т а б л и ц а 3
Оптимальный гранулометрический состав минеральной смеси
| Тип смеси | Содержание зерен минерального материала, %, мельче данного размера, мм | Примерный расход битума, % по массе | |||||||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,071 | ||||||
| Смеси непрерывной гранолуметрии | |||||||||||
| Среднезернистые типов:А Б В | 95-100 95-100 95-100 | 78-85 85-91 91-96 | 60-70 70-80 81-90 | 35-50 50-65 65-80 | 26-40 40-55 55-70 | 17-28 28-39 39-53 | 12-20 20-29 29-40 | 9-15 14-22 20-28 | 6-10 9-15 12-19 | 4-8 6-10 8-12 | 5-6,5 5-6,5 6,5-7 |
| Мелкозернистые типов:А Б В | 95-100 95-100 95-100 | 63-75 75-85 85-93 | 35-50 50-65 65-80 | 26-40 40-55 57-70 | 17-28 29-39 39-53 | 12-20 20-29 29-40 | 9-15 14-22 20-28 | 6-10 9-15 12-19 | 4-8 6-10 8-12 | 5-6,5 5,5-7 6-7,5 | |
| Песчаные типов:Г Д | 95-100 95-100 | 75-88 80-95 | 45-67 53-86 | 28-60 37-75 | 18-35 27-55 | 11-23 17-55 | 8-14 10-16 | 7,5-9 7-9 | |||
| Смеси прерывистой гранулометрии | |||||||||||
| Среднезернистые типов:А Б | 95-100 95-100 | 78-85 85-91 | 60-70 70-80 | 35-50 50-65 | 35-50 50-65 | 35-50 50-65 | 35-50 50-65 | 17-28 28-40 | 8-14 14-22 | 4-8 6-10 | 5-6,5 5-6,5 |
П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 3
3.Определяем расход битума. Перспективным является расчет количества битума в смеси по методу, разработанному ХАДИ и основанному на битумоемкости минеральных компонентов. Расчет производится в два этапа: определение битумоемкости каждой фракции минеральной части смеси и расчет содержания битума. Для определения битумоемкости просушенные материалы рассеивают на фракции менее 0,071, 0,071-0,14, 0,14-0,315, 0,315-0,63, 0,63-1,25, 1,25-3, 3-5, 5-10 мм и т.д. до наибольшей крупности щебня. Битумоемкость каждой фракции представлена в таблица 4 . Определяем содержание битума для каждой фракции (таблица 5).
Т а б л и ц а 4
Битумоемкость наполнителя
| Размер фракций, мм | Битумоемкость, % | |||
| Гранитный материал | Диоритовый материал | Материал из плотного, прочного известняка | Чистый окатанный кварцевый песок и гравий | |
| 20-40 | 3,9 | 3,3 | 2,9 | – |
| 10-20 | 4,7 | 3,5 | – | |
| 5-10 | 5,4 | 4,5 | 4,1 | 2,8 |
| 2,5-5 | 5,6 | 5,6 | 4,6 | 3,3 |
| 1,25-2,5 | 5,7 | 5,9 | 5,3 | 3,8 |
| 0,63-1,25 | 5,9 | 6,0 | 4,6 | |
| 0,315-0,63 | 6,4 | 7,9 | 7,0 | 4,8 |
| 0,14-0,315 | 7,4 | 7,3 | 6,1 | |
| 0,071-0,14 | 8,4 | 9,4 | ||
| 0,071 | 16,5 |
Т а б л и ц а 5
Определение содержания битума
Т а б л и ц а 6
Физико-механические характеристики асфальтобетонов
| Показатели | Нормы на смеси для верхнего слоя | Нормы на смеси для нижнего слоя | |
| I марка | II марка | ||
| Пористость минерального остова, % по объему для смесей типов: А (многощебеночные, щебня 50-65 %) Б (среднещебеночные, щебня 35-50 %) В (малощебеночные, щебня 20-35 %) Г (песчаные из дробленого песка с содержанием фракции 1,25-5 мм >33 %) Д (песчаные из природного песка) | 15-19 15-19 18-22 – – | 15-19 15-19 18-22 18-22 | 16-22 |
| Остаточная пористость, % по объему | 3-5 | 3-5 | 5-10 |
| Водонасыщение, % по объему для смесей: А Б и Г В и Д | 2-5 2-3,5 1,5-3 | 2-5 2-3,5 1,5-3 | 3-8 |
| Набухание, % по объему, не более | 0,5 | 1,5 | |
| Предел прочности при сжатии, кгс/см 2 для смесей типов при температурах 20-50 0 С: А Б и Г В и Д при температуре 0 0 С | – | – | |
| Коэффициент водостойкости, не менее | 0,9 | 0,85 | – |
| Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, не менее | 0,8 | 0,75 | – |
Оптимальное содержание битума в смеси определяется по следующей формуле
где К – коэффициент, зависящий от марки битума (при БНД 60/90 – 1,05; БНД 90/130 – 1; БНД 130/200 – 0,95; БНД 200/300 – 0,9) ; Б i – битумоемкость фракции i; Р i – содержание фракции i в смеси в частях от целого.
4. Из таблицы 6 выписываем физико-механические показатели, характерные данному асфальтобетону .
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Подобрать состав мелкозернистого асфальтобетона типа А. Наполнители: гранитный щебень, кварцевый песок, минеральный порошок полученный путем измельчения диорита.
Расчет полных остатков представлен в таблице 7.
Т а б л и ц а 7
Частные остатки
| Вид заполнителя | Остатки | Размеры отверстий сит | |||||||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,071 | ||||||
| Щебень | а i | ||||||||||
| А i | |||||||||||
| Песок | а i | ||||||||||
| А i | |||||||||||
| Минеральный порошок | а i | ||||||||||
| А i |
Так как щебень мелкозернистый, то он просеивается через сито с размером ячейки 5 мм, и более крупные фракции удаляются.
Определяем количество заполнителя по фракциям. Для мелкозернистого асфальтобетона количество частиц щебня мельче 5 мм находится в пределах от 84 до 70 %. Принимаем требуемое содержание щебня крупнее 5 мм 25 %. Определяем коэффициент для корректировки зернового состава щебня К щ =25*100/(100-28)=34,7.
Требуемое количество минерального порошка на сите с разметом ячейки 0,071 находится в пределах от 10 до 25 %. Принимаем 15 %. Коэффициент для корректировки зернового состава минерального порошка равен К м =15*100/74=27,7.
Определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка К п =100-35-28=37.
Уточняем зерновой состав заполнителей с учетом марки асфальтобетона по крупности заполнителя (таблица 8).
Т а б л и ц а 8
Зерновой состав заполнителей
| Вид заполнителя | Остатки | Размеры отверстий сит | ||||||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,071 | |||||
| Щебень | а i | 28*0,35=9,8 | ||||||||
| А i | 9,8 | |||||||||
| Песок | а i | 16*0,37=5,9 | 22*0,37=8,2 | 20*0,37=7,4 | 30*0,37=11,1 | 12*0,37=4,4 | ||||
| А i | 31,1 | 22,9 | 15,5 | 4,4 | ||||||
| Минеральный порошок | а i | 7*0,28=2 | 10*0,28=2,8 | 9*0,28= 2,5 | 74*0,28=20,7 | |||||
| А i | 23,2 | 20,7 | ||||||||
| ∑А | 74,8 | 59,1 | 50,9 | 41,5 | 27,6 | 20,7 |
Проверяем правильность выбора зернового состава минеральной смеси. Для этого строим график гранулометрического состава и наносим его на кривые сбега (рис. 5). Из рисунка видно, что график входит в допустимую область. Расчет выполнен правильно.
Зная битумоемкость отдельных фракций, определяем расход битума (таблица 9).
Определяем расчетное содержание битума марки БНД 90/130 Б=1*6,71=6,71 %. Проверяем содержание битума по табл. 3. Так как количество битума по расчету больше нормативного 5-6,5 % принимаем Б=6,71 % .
Выписываем физико-механические показатели, характерные данному асфальтобетону:
– пористость минерального остова –18-22 %,
– остаточная пористость – 3-5 %,
– водонасыщение – 1,5-3 %,
– набухание – 0,5 %,
– предел прочности при сжатии – 10 кгс/см 2 ,
– коэффициент водостойкости – 0,9,
 |
– коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении – 0,8.
Т а б л и ц а 9
Определение содержания битума
| Размер фракций | Частные остатки (в долях единицы) | Битумоемкость, % (из табл.4) | Общая битумоемкость, % | ||||
| Щебень | Песок | Минеральный порошок | Щебень | Песок | Минеральный порошок | ||
| 2,5-5 | 0,098 | 4,6 | 0,45 | ||||
| 1,25-2,5 | 0,059 | 3,8 | 0,22 | ||||
| 0,63-1,25 | 0,082 | 4,6 | 0,38 | ||||
| 0,315-0,63 | 0,074 | 0,02 | 4,8 | 7,9 | 0,36+0,16 | ||
| 0,14-0,315 | 0,111 | 0,028 | 6,1 | 9,0 | 0,68+0,25 | ||
| 0,071-0,14 | 0,044 | 0,025 | 19,0 | 0,31+0,48 | |||
| 0,071 | 0,207 | 16,5 | 3,42 | ||||
| Содержание битума=∑ | 6,71 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глушко И.М. Дорожно-строительные материалы. Учебник для автомобильно-дорожных институтов / Глушко И.М., Королев И.В., Борщ И.М. и др.. – М. 1983.
2. Горелышев Н.В. Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник. / Горелышев Н.В., Гурячков И.Л., Пинус Э.Р. и др. – М.: Транспорт, 1986. – 288 с.
3. Корчагина О.А. Расчет состава бетонных смесей: Метод. указ./Корчагина О.А., Однолько В.Г. – Тамбов: ТГТУ, 1996. – 28 с.
Т а б л и ц а П 1
Данные к заданию
| Вариант | Вид асфальтобетона | Тип асфальтобетона | Вид асфальтобетона по методу производства | Назначение асфальтобетона | Марка битума БНД |
| крупнозернистый | А | горячий | Верхнее покрытие | 60/90 | |
| среднезернистый | Б | теплый | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| мелкозернистый | В | горячий | Верхнее покрытие | 130/200 | |
| песчаный | Г | холодный | Нижнее покрытие | 200/300 | |
| крупнозернистый | Б | теплый | Верхнее покрытие | 60/90 | |
| среднезернистый | В | холодный | Нижнее покрытие | 130/200 | |
| мелкозернистый | А | теплый | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| песчаный | Д | горячий | Верхнее покрытие | 60/90 | |
| крупнозернистый | В | горячий | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| среднезернистый | А | теплый | Верхнее покрытие | 60/90 | |
| мелкозернистый | Б | холодный | Нижнее покрытие | 200/300 | |
| крупнозернистый | А | теплый | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| среднезернистый | Б | горячий | Верхнее покрытие | 60/90 | |
| мелкозернистый | В | холодный | Верхнее покрытие | 130/200 | |
| песчаный | Г | теплый | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| крупнозернистый | Б | холодный | Верхнее покрытие | 200/300 | |
| среднезернистый | В | горячий | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| мелкозернистый | А | теплый | Нижнее покрытие | 60/90 | |
| песчаный | Д | холодный | Верхнее покрытие | 130/200 | |
| крупнозернистый | В | холодный | Верхнее покрытие | 200/300 | |
| среднезернистый | А | теплый | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| мелкозернистый | Б | горячий | Верхнее покрытие | 60/90 | |
| песчаный | Д | теплый | Нижнее покрытие | 90/130 | |
| крупнозернистый | А | горячий | Нижнее покрытие | 60/90 | |
| среднезернистый | Б | холодный | Верхнее покрытие | 130/200 |
Т а б л и ц а П 2
Данные к заданию
| Вариант | Гранулометрия | Материал наполнителя | ||
| щебень | песок | минеральный порошок | ||
| Непрерывная | гранит | кварцевый | диорит | |
| Непрерывная | диорит | кварцевый | диорит | |
| Непрерывная | гравий | из известняка | гранит | |
| Непрерывная | – | из известняка | из известняка | |
| Прерывистая | диорит | из известняка | гранит | |
| Непрерывная | гранит | кварцевый | из известняка | |
| Непрерывная | гравий | кварцевый | диорит | |
| Непрерывная | – | из известняка | диорит | |
| Непрерывная | гравий | кварцевый | из известняка | |
| Непрерывная | диорит | из известняка | из известняка | |
| Непрерывная | гранит | кварцевый | гранит | |
| Прерывистая | диорит | кварцевый | из известняка | |
| Непрерывная | гравий | из известняка | из известняка | |
| Непрерывная | гранит | из известняка | из известняка | |
| Непрерывная | – | кварцевый | диорит | |
| Непрерывная | гравий | кварцевый | гранит | |
| Непрерывная | гранит | из известняка | диорит | |
| Непрерывная | диорит | из известняка | диорит | |
| Непрерывная | – | кварцевый | гранит | |
| Прерывистая | гранит | из известняка | гранит | |
| Непрерывная | гравий | кварцевый | диорит | |
| Непрерывная | диорит | кварцевый | гранит | |
| Непрерывная | – | кварцевый | из известняка | |
| Непрерывная | гравий | из известняка | диорит | |
| Прерывистая | диорит | кварцевый | гранит |
3.8. Необходимо подобрать состав мелкозернистой 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 приведенаниже.
Щебень гранитный: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 1000, марка по износу - И-I, марка по морозостойкости - Мрз25, истинная плотность - 2,70 г/см 3 ;
щебень известняковый: марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 400, марка по износу - И-IV, марка по морозостойкости - Мрз15, истинная плотность - 2,76 г/см 3 ;
песок речной: содержание пылеватых и глинистых частиц - 1,8%, глины - 0,2% массы, истинная плотность - 2,68 г/см 3 ;
материал из отсевов дробления гранита марки 1000:
материал из отсевов дробления известняка марки 400: содержание пылеватых и глинистых частиц - 12%, глины - 0,5% массы, истинная плотность - 2,76 г/см 3 ;
минеральный порошок неактивированный: пористость - 33% объема, набухание образцов из смеси порошка с битумом - 2% объема, истинная плотность - 2,74 г/см 3 , 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.
Таблица 7
|
Минеральный материал |
Массовая доля, %, зерен мельче данного размера, мм |
|||||||||
|
Исходные данные |
||||||||||
|
Щебень гранитный | ||||||||||
|
Песок речной | ||||||||||
|
Материалы из отсевов дробления гранита | ||||||||||
|
Минеральный порошок | ||||||||||
|
Расчетные данные |
||||||||||
|
Щебень гранитный (50%) | ||||||||||
|
Песок речной (22%) | ||||||||||
|
Материалы из отсевов дробления гранита (20%) | ||||||||||
|
Минеральный порошок (8%) | ||||||||||
|
Требования ГОСТ 9128-84 для смесей типа Б | ||||||||||
Щебень известняковый и материал из отсевов дробления известняка не отвечают требованиям табл. 10и 11ГОСТ 9128-84 по показателям прочности.
Зерновые составы отобранных минеральных материалов приведены в табл. 7 .
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 9128-84 .
Самый используемый дорожно-строительный материал в 20 веке - асфальт - разделяется на множество видов, марок и типов. Основанием для разделения служит не только и не столько перечень входящих в асфальтобетонную смесь исходных компонентов, сколько соотношение их массовых долей в составе, а также некоторые характеристики составляющих - в частности, размер фракций песка и щебня, степень очистки минерального порошка и все того же песка.
Состав асфальта
В асфальте любого типа и марки есть песок, щебень или гравий, минеральный порошок и битум. Впрочем, что касается щебня, то при приготовлении некоторых видов дорожного покрытия он не используется - но если асфальтирование территорий производится с учетом высокого трафика и сильных кратковременных нагрузок на покрытие, то щебень (или гравий) необходим - в качестве каркасообразующего защитного элемента.
Минеральный порошок - обязательный исходный элемент для приготовления асфальта любых марок и типов. Как правило, массовая доля порошка - а он получается путем дробления пород, в которых высокое содержание соединений углерода (проще говоря - из известняков и прочих органических закаменевших отложений) - определяется исходя из задач и требований к вязкости материала. Большой процент минеральных порошков позволяет использовать его в таких работах как асфальтирование дорог и площадок: вязкий (то есть прочный) материал будет успешно гасить внутренние колебания мостовых конструкций, не трескаясь.
В большинстве типов и марок асфальта используется песок - исключение, как мы говорили, составляют типы дорожного покрытия, где велика массовая доля гравия . Качество песка определяется не только степенью его очистки, но и способом получения: добытый открытым способом песок нуждается, как правило, в тщательной очистке, а вот песок искусственный, получаемый при дроблении скальных пород, считается уже готовым «к работе».
Наконец, битум - краеугольный камень индустрии производства дорожного покрытия. Продукт переработки нефти, битум содержится в смеси любой марки в очень небольшом количестве - его массовая доля в большинстве сортов едва ли достигает 4-5 процентов. Хотя, широко использующийся при таких работах как асфальтирование территорий со сложным рельефов и ремонте дорог, литой асфальт может похвастаться содержанием битума в 10 и более процентов. Битум придает такому полотну изрядную упругость после затвердевания и текучесть, позволяющую легко распределять готовую смесь по площадке.
Марки и типы асфальта
В зависимости от процентного содержания в составе перечисленных компонентов, выделяют три марки асфальта . Технические характеристики, область применения и состав смеси различных марок описываются в ГОСТ 9128-2009, в котором, помимо всего прочего, учтена и возможность добавления дополнительных присадок, увеличивающих морозостойкость, гидрофобность, гибкость или износостойкость покрытия.
В зависимости от процентного содержания наполнителя, находящегося в составе дорожно-строительной смеси, ее подразделяют на следующие типы:
- А - 50-60% щебня;
- Б - 40-50% щебня или гравия;
- В - 30-40% щебня или гравия;
- Г - до 30% песка из отсева дробления;
- Д - до 70% песка или смеси с отсевами дробления.
Асфальт марки 1
Под этой маркой изготавливается широкий диапазон различных типов покрытий - от плотных до высокопористых, со значительным содержанием щебня. Область их использования - дорожное строительство и благоустройство: вот только пористые материалы совсем не годятся на роль собственно покрытия, верхнего слоя дорожного полотна. Куда лучше применять их для устройства оснований, выравнивания базы под укладку более плотных типов материала.
Асфальт марки 2
Диапазон плотности примерно тот же, однако содержание и процентное соотношение песка и гравия могут варьироваться в весьма широких пределах. Этот тот самый «среднестатистический» асфальт, с весьма обширной сферой применения: и строительство автомобильных дорог, и ремонт их, и обустройство территорий под паркинги и площади не обходятся без него.
Асфальты марки 3
Покрытия марки 3 отличаются тем, что при их изготовлении не используется щебень или гравий - их заменяют минеральные порошки и особо качественный песок, получаемый путем дробления твердых горных пород.
Соотношение песка и щебня (гравия)
Соотношение содержания песка и гравия - один из важнейших показателей, который определяет область применения того или иного типа покрытия. В зависимости от превалирования того или иного материала его обозначают буквами от А до Д: А - более чем наполовину состоит из мелкофракционного щебня или гравия, а Д - примерно на 70 процентов состоит из песка (правда, песок используется по большей части из дробленых горных пород).
Соотношение битума и минеральных составляющих
Не менее важное - ведь именно оно определяет прочностные характеристики дорожного полотна. Высокое содержание минеральных порошков существенно увеличивает его хрупкость. Поэтому песчаные асфальты могут применяться лишь ограниченно: благоустройство территорий парков или тротуаров. А вот покрытия с большим содержанием битума - желанный гость на любых работах: особенно если это дорожное строительство в суровых климатических условиях, при минусовых температурах, если скорость работ такова, что уже спустя сутки по новенькому полотну пойдет дорожная техника, а после сдачи готовой дороги - ринутся большегрузные автомобили.
Расчет заключается в подборе рационального соотношения между составляющими асфальтобетонную смесь материалами.
Широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей. Наибольшая прочность асфальтобетона достигается при максимальной плотности минерального остова, оптимального количества битума и минерального порошка.
Между зерновым составом минерального материала и плотностью существует прямая зависимость. Оптимальными будут составы, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза.
где d 1 - наибольший диаметр зерна, устанавливаемый в зависимости от типа смеси;
d 2 - наименьший диаметр зерна, соответствующий пылеватой фракции, и минерального порошка (0,004...0,005 мм).
Размеры зерен, согласно предыдущему уровню
(6.6.2)
Число размеров определяют по формуле
(6.6.3)
Число фракций п на единицу меньше числа размеров т
(6.6.4)
Соотношение соседних фракций по массе
(6.6.5)
где К - коэффициент сбега.
Величина, показывающая, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега. Наиболее плотная смесь получается при коэффициенте сбега 0,8, но такую смесь трудно подобрать, поэтому, по предложению Н.Н. Иванова, коэффициент сбега К принят от 0,7 до 0,9.
Зная размеры фракций, их количество и принятый коэффициент сбега (например 0,7), составляют уравнения такого вида:
Сумма всех фракций (по массе) равна 100 %, то есть:
у 1 + у 1 к + у 1 к 2 + у 1 к 3 +...+ у 1 к n -1 = 100 (6.6.6)
у 1 (1 + к + к 2 + к 3 +... + к n -1) = 100 (6.6.7)
В скобках указана сумма геометрической прогрессии и, следовательно, количество первой фракции в смеси
(6.6.8)
Аналогично определяем процентное содержание первой фракции у 1 , для коэффициента сбега к = 0,9. Зная количество первой фракции у 1 , легко определитьу 2 , у 3 и так далее.
На основании полученных данных строят предельные кривые, соответствующие принятым коэффициентам сбега. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка, а при к < 0,7 - уменьшенное количество минерального порошка.
Кривая зернового состава рассчитываемой смеси должна располагаться между предельными кривыми (рис. 6.6.1).
Рис. 6.6.1
. Зерновые составы:
А - мелкозернистой асфальтобетонной смеси с непрерывной гранулометрией типов А, Б, В; Б - минеральной части песчаных смесей типов Г и Д
Высокие эксплуатационные показатели дают смеси с повышенным содержанием щебня и уменьшенным содержанием минерального порошка. Предпочтение следует отдавать смесям с коэффициентом сбега 0,70...0,80.
В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси по предельным кривым (отсутствие крупнозернистых песков и невозможности их замены высевными) необходимая плотность может быть подобрана по принципу прерывистой гранулометрии. Смеси с прерывистой гранулометрией более сдвигоустойчивы за счет жесткого каркаса.
Для определения расхода битума формуют пробные образцы из смеси с заведомо малым содержанием битума, затем определяют объем пустот в минеральном остове
(6.6.9)
где g - объемная масса асфальтобетонного образца;
Б пр - содержание битума в пробной смеси, %;
r м - средняя плотность минерального материала:
(6.6.10)
где у щ , у п , у мп - содержание щебня, песка, минерального порошка в % по массе;
r щ , r п , r мп - плотность щебня, песка, минерального порошка.
Расчетная формула для определения оптимального содержания битума будет иметь вид
(6.6.11)
где r б - плотность битума;
j - коэффициент заполнения пустот минеральной смеси битумом, зависящий от заданной остаточной пористости
где П о - пористость минерального остова асфальтобетона, % объема;
П - заданная остаточная пористость асфальтобетона при 20°С, % объема.
Холодный асфальтобетон
Состав холодного асфальтобетона можно рассчитать по типовым составам или по методике, применяемой для расчета горячих смесей, с обязательной проверкой физико-механических свойств в лаборатории. Количество жидкого битума снижают на 10...15 % против оптимального, чтобы уменьшить слеживаемость.
Характерной чертой холодного асфальтобетона, отличающей его от горячего, является способность оставаться длительное время после приготовления в рыхлом состоянии. Эта способность холодных асфальтобетонных смесей объясняется наличием тонкой битумной пленки на минеральных зернах, вследствие чего микроструктурные связи в смеси настолько слабы, что небольшое усилие приводит к их разрушению. Поэтому приготовленные смеси под действием собственной массы при хранении в штабелях и транспортировке не слеживаются. Смеси в течение длительного времени (до 12 месяцев) остаются в рыхлом состоянии. Их сравнительно легко можно перегружать в транспортные средства и распределять тонким слоем при устройстве дорожных покрытий.
Зерновые составы холодных асфальтобетонных смесей отличаются от составов горячих смесей в сторону повышенного содержания минерального порошка (до 20 %) - частиц мельче 0,071 мм и пониженного содержания щебня (до 50 %). Повышенное количество минерального порошка вызвано применением жидкого битума, требующего для структурообразования большего количества порошка, а при содержании щебня более 50 % ухудшаются условия формирования покрытия. Наибольший размер зерен в холодном асфальтобетоне составляет 20 мм. Более крупный щебень ухудшает условия формирования покрытия.
В качестве крупной составляющей для холодного асфальтобетона используют щебень, получаемый дроблением скальных горных пород и металлургических шлаков. Эти материалы должны обладать прочностью при сжатии не менее 80 МПа, а для II марки асфальтобетона - не ниже 60 МПа.
Для приготовления холодного асфальтобетона применяют такой же минеральный порошок и песок, что и для горячих смесей.
Жидкие битумы должны иметь вязкость в пределах 
что соответствует маркам СГ 70/130, МГ 70/130. Вязкость и класс битума выбирают с учетом предполагаемого срока хранения смеси на складах, температуры воздуха при хранении и применении, а также качества минеральных материалов. Холодные асфальтобетонные смеси используют для устройства дорожных покрытий при интенсивности движения до 2000 автомобилей в сутки.
Литой асфальтобетон
Литой асфальтобетон представляет собой специально запроектированную смесь щебня, песка, минерального порошка и вязкого битума, приготовленную и уложенную в горячем состоянии без дополнительного уплотнения. От горячего асфальтобетона литой отличается большим содержанием минерального порошка и битума, технологией приготовления и методом укладки. Литой асфальтобетон применяют в качестве дорожного покрытия на автомобильных дорогах, на проезжей части мостов, а также для устройства полов в производственных зданиях. Ремонтные работы с использованием литых смесей можно выполнять при температуре воздуха до -10°С. Особенностью производства работ является необходимость непрерывного перемешивания литой смеси при ее транспортировке к месту укладки.
Для приготовления литого асфальтобетона применяют щебень (крупностью до 40 мм), природный или дробленый песок. Щебень, высевки и песок должны быть высокосортными, как и для обычного горячего асфальтобетона. В качестве вяжущего применяют битумы БНД 40/60. В соответствии с ТУ 400-24-158-89 литые смеси подразделяют на пять типов (табл. 6.6.11).
Таблица 6.6.11
Классификация литых асфальтобетонных смесей
К положительным свойствам литого асфальтобетона относят долговечность, небольшие затраты работы на уплотнение, водонепроницаемость. При реконструкции дороги существующее покрытие из литого асфальтобетона может быть снова использовано в полном объеме и почти без добавления новых материалов.
Дегтебетон
Дегтебетон в зависимости от вязкости дегтя и температуры смесей при укладке подразделяют на горячий и холодный. По физико-механическим свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону, так как обладает меньшей прочностью и теплоустойчивостью.
Дегтебетон в зависимости от вида каменного материала подразделяют на щебеночный, гравийный и песчаный. Для приготовления дегтебетона применяют те же минеральные материалы, что и для асфальтобетона, требования к ним аналогичные. В качестве вяжущего применяют дорожный каменноугольный деготь: для горячего дегтебетона - Д-6, для холодного - Д-4 и Д-5. Дегти применяют как промышленного изготовления, так и приготовленные непосредственно на асфальтобетонном заводе путем окисления или смешения песка с разжижителем (антраценовым маслом, каменноугольной смолой и др.).
Расчет состава дегтебетона может быть выполнен так же, как и асфальтобетона, при этом основное внимание должно быть обращено на тщательный подбор количества дегтя, так как небольшое отклонение содержания его в смеси заметно влияет на свойства дегтебетона.
Для приготовления горячего дегтебетона применяют дегти с вязкостью, значительно меньшей, чем вязкость битума для соответствующего вида асфальтобетона. Пониженная вязкость дегтя обуславливает ослабление внутренних структурных связей, что может быть компенсировано повышением внутреннего трения минеральной части. Для этого необходимо применять каменные материалы с зернами угловатой формы и шероховатой поверхностью, а также заменять часть или весь природный песок с окатанными зернами на высевки. Для приготовления дегтебетонных смесей можно применять щебень из более кислых пород (кварцевые песчаники, богатые кварцем граниты и др.).
Плотный дегтебетон применяют для устройства покрытий на дорогах II... IV категорий. По санитарно-гигиеническим условиям устройство верхних слоев покрытий из дегтебетона разрешено только вне населенных пунктов. При приготовлении дегтебетонных смесей необходимо соблюдать специальные правила техники безопасности.
Дегтебетонную смесь приготавливают в асфальтобетонных установках с мешалками принудительного действия. Вследствие пониженной вязкости дегтя обволакивание им зерен минерального материала протекает лучше, чем при применении битумов, в результате чего сокращается время для смешения материалов. По этой же причине облегчается уплотнение смесей при устройстве покрытий. Коэффициент уплотнения, представляющий собой отношение толщины слоя уложенной смеси до уплотнения к толщине уплотненного покрытия, может быть равным 1,3...1,4.
При производстве дегтебетонной смеси необходимо строго соблюдать установленный температурный режим, так как деготь более чувствителен к изменению температуры, чем битум (табл. 6.6.12).
Таблица 6.6.12
Температурный режим при приготовлении и укладке дегтебетона
По физико-механическим свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону: он обладает меньшей прочностью, теплостойкостью. Но при этом отличается повышенной износостойкостью. Дегтебетонное покрытие имеет повышенную шероховатость, более высокий коэффициент сцепления колеса с дорогой, повышенную безопасность движения. Это связано с меньшей вязкостью дегтей, более слабыми когезионными силами межмолекулярного взаимодействия, наличием летучих составляющих. Летучие вещества в составе дегтя ускоряют срок формирования структуры дегтебетона в покрытии, а также способствуют более интенсивному изменению его свойств. Дегтебетон менее пластичен в сравнении с асфальтобетоном, что также связано с составом и структурой дегтей, которые состоят преимущественно из ароматических углеводородов, которые образуют более жесткие структурные связи в вяжущих материалах и при пониженных температурах плохо деформируются, вследствие чего в покрытиях образуются трещины.
Контроль за изготовлением дегтебетонной смеси на заводе и при устройстве дегтебетонного покрытия, а также методы испытания дегтебетона такие же, как и асфальтобетона.
