Проектирование состава асфальтобетона

Химические свойства

Физические свойства

Водостойкость – отношение пределов прочности на растяжение образцов, подвергшихся циклическому воздействию (пятикратное водонасыщение и высушивание), к исходным сухим образцам до этого воздействия.

Коэффициент водоустойчивости – отношение пределов прочности на сжатие водонасыщенного (в обычных условиях или в условиях вакуума) и сухого образцов при температуре 20ºС.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать внутри себя воду.

Водонепроницаемость – способность материала не пропускать через себя воду под давлением.

Морозостойкость – оценивается коэффициентом, показывающим снижение прочности при растяжении после определенного цикла замораживания (-17ºС) и оттаивания (+10-12ºС) насыщенных водой образцов. Количество циклов принимается не менее 5. Величина показателя морозостойкости не должна быть менее 0,9.

Коэффициент теплоустойчивости – отношение пределов прочности при сжатии образцов испытанных при температуре +20 и +50ºС. Коэффициент теплоустойчивости должен находиться в пределах от 2,5 до 3.

Истинная пористость

П = ((γ_уд – γ₀)/γ_уд) 100

где γ_уд – удельный вес асфальтобетона; γ₀ – объемный вес асфальтобетона. Величина П в среднем 5-7 %.

Химические свойства асфальтобетона выражаются в способности сохранять постоянным групповой химический состав вяжущего материала.

Химическая стойкость – отражает способность асфальтобетона сопротивляется процессами старения (окисление, ультрафиолетовые лучи света, нагревание, испарение легколетучих компонентов, многократное изменение структурных модификаций и др.).

Биохимическая стойкость – характеризует асфальтобетон со стороны его способности противостоять биологическим факторам и процессам.

Стойкость к синерезису – способность материала противостоять самопроизвольному уплотнению под влиянием внутримолекулярного сцепления и сил тяжести. Выделяемая из геля жидка среда (синерезируемая среда) может впитываться микропористой горной породой, что приводит к нарастанию хрупкости пленочного покрова.

Проектирование состава асфальтобетона позволяет найти такое соотношении компонентов, при котором обеспечивается оптимальная структура и заданные показатели технических свойств. Из большого количества возможных вариантов состава необходимо выбрать самое рациональное соотношение компонентов, которое полнее других соответствует конкретным условиям технологии производства асфальтобетона и работы его в покрытии.

Различают экспериментальный и расчетно-экспериментальный методы расчета.

Экспериментальные методы основаны на выполнении серии опытов, т.е. испытаний образцов из последовательно изменяемых составов. Анализируя полученные результаты выбирают оптимальный состав, т.е. тот который лучше других удовлетворяет заданным показателям качества асфальтобетона. Эти методы громоздки, требуют изготовления и испытания большого количества образцов.

Расчетно-экспериментальными называются методы, в основу которых положены определенные закономерности, позволяющие производить предварительные теоретические расчеты. Комплекс факторов влияющих на качество асфальтобетона не учтенных в математических функциях отрабатываются опытными подборами. К расчетно-экспериментальным методам обращаются значительно чаще, чем к экспериментальным.

Данный метод проектирования асфальтобетона разработан в «СоюзДорНИИ» на основании исследований проф. Иванова Н.Н. Принцип этого метода исходит из положения о зависимости прочности и других свойств асфальтобетона от плотности минеральной смеси при оптимальном количестве битума.

Проектирование состава по этому методу осуществляется в следующей последовательности:

1. выбор и проверка качества исходных материалов,

2. обоснование и расчет гранулометрического состава минеральной смеси,

3. определение оптимального количества битума,

4. испытание контрольных образцов асфальтобетона.

Гранулометрический состав минеральных материалов подбирается с таким условием, чтобы смесь после объединения и тщательного перемешивания отдозированных минеральных компонентов имела наибольшую плотность. В основе расчета этого метода проектирования лежат теоретические положения об «идеальных» кривых плотных смесей.

Оптимальными будут составы минеральных смесей, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза:

где d₁ – наибольший диаметр зерна минеральной смеси, d_m – наименьший диаметр зерна.

Число фракций n на 1 меньше числа размеров m.

Соотношение соседних фракций по массе

Величина, которая показывает, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега К. При коэффициенте сбега 0,8 смесь получается с наибольшей плотностью (0,7-0,9).

g₁ y₁

g₂ y₂=y₁K

g₃ y₃=y₂K=y₁K²

… …

g_n y_n=y_n-1K=y₁K^n-1

Сумма всех фракций (по массе) равна 100 %.

y₁ + y₁K + y₁K² +…+ y₁K^n-1 = 100

или

y₁ (1+ K + K² +…+ K^n-1) = 100

Выражение в скобках является геометрической прогрессией, следовательно, количество первой фракции в смеси составляет

Ъ

	1 – коэффициент сбега 0,9 (повышенное содержание м.п.) 2 – коэффициент сбега 0,65 (крупнозернистая смесь)

Коэффициент сбега показывает, с какой интенсивность происходит снижение (увеличение) фракций. Рекомендуемый коэффициент сбега 0,65-0,8.

Необходимое количество битума можно определить несколькими способами:

1. По пустотности минерального остова и заданной пористости асфальтобетона

2. По методу основанному на битумоемкости минеральных компонентов.

1-ый метод

П₀ = (1 – (ρ/100 + Б_пр)ρ₀) 100

П₀ – объем пустот в минеральном остове при заведомо малом количестве битума, %

Б_пр – количество битума, %

ρ₀ – плотность минеральной части

ρ – плотность а/б

Б = П₀ φ ρ_б (100 + Б_пр)/100 ρ

φ – коэффициент заполнения пустот минеральной смеси битумом (По – П)/По.

П – заданная пористость

2-ой метод

Б = к δ S ρ_б для одной фракции

Необходимое количество битума по 2-му методу можно определить экспериментально. Для этого изготавливают составы из одной фракции минерального материала и битума, определяя оптимальное содержание последнего по максимальным значениям плотности и прочности битумоминеральной смеси при 50°С.