Асфальтобетоны

Асфальтобетоны изготавливаются из асфальтового вяжущего, представляющего собой смесь битума с тонкомолотым минеральным порошком, крупного заполнителя – гравия или щебня и мелкого заполнителя – песка.

Асфальтобетоны по назначению подразделяются на гидротехнические, дорожные и аэродромные.

Основные свойства асфальтового бетона зависят от примененного асфальтового вяжущего, состава бетона и его пористости. Пористость асфальтового бетона составляет 1-18%. Плотные бетоны (с пористостью не более 5%) обычно водонепроницаемы. Пористость ухудшает долговечность асфальтового бетона в связи с возрастанием водопоглощения, снижением морозостойкости и снижением стойкости к химической коррозии.

В отличие от цементного бетона, на показатели прочности асфальтобетона сильно влияет температура. Например, если предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20^оС составляет ~ 2-2,5 МПа, то при 50^оС ~1 МПа.

Асфальтобетоны укладывают в горячем или холодном состоянии. Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси, имеющие при укладке температуру от 120 до 170 ^оС. Для их приготовления предварительно высушенные и подогретые до 180-200 ^оС минеральные составляющие бетона (тонкомолотый минеральный порошок, песок, щебень) загружают в смеситель, в котором их перемешивают с расплавленным битумом. Готовые асфальтобетонные смеси укладывают и уплотняют катками. Через 1-2 часа асфальтобетон отвердевает, приобретая прочность камня.

Асфальтобетоны, укладываемые в холодном состоянии, приготовляют на жидких битумах и битумных эмульсиях. Жидкий битум подогревают до 110-120 ^оС и смешивают с высушенными и подогретыми до той же температуры заполнителями. Асфальтобетонную смесь с температурой 60 ^оС развозят на места и укладывают при температуре окружающей среды не ниже +5 ^оС.

Качество асфальтобетона зависит от его состава, технологии приготовления смеси, укладки и уплотнения. Изучение физико-химических процессов на границе минеральный материал - битумное вяжущее дает возможность обоснованно выбрать состав асфальтобетонной смеси, который при определенном режиме приготовления обеспечивает требуемые физико-механические свойства асфальтобетона. Природа, прочность, пористость, гранулометрический состав минеральной части оказывает влияние на особенности взаимодействия с различными вяжущими материалами.

Минеральные материалы для асфальтобетона

Щебень (ГОСТ 8267-93) – дробленый и разделенный на фракции материал из монолитных горных пород, или получаемый дроблением гравия. Для дробления используют в основном граниты и известняки и применяют различные по конструкции и мощности камнедробильные машины, от которых зависит качество получаемой продукции. Лучшей формой зерен щебня считается кубовидная или тетраэдрическая.

Производство щебня включает следующие этапы: добычу камня, дробление, сортировку (грохочение). Добыча камня производится в карьерах в основном буровзрывным способом, затем сырье доставляется на дробильно-сортировочный завод.

Содержание зерен щебня лещадной (ширина их в 3 раза превышает толщину) и игловатой (длина в 3 и более раза превышает толщину и ширину) формы не должно быть больше допустимых стандартов, приведенных в табл. 15.

Таблица 15 - Нормируемый показатель содержания в щебне зерен пластинчатой и игловатой формы

Для дорожного строительства щебень применяют в основном четырех фракций: с размером зерна 5-10; 10-20; 20-40; 40-70(80) мм.

Гравий (ГОСТ 8267-93) получают делением (разгрохоткой) на фракции песчано-гравийных смесей.

Природный гравий представляет собой рыхлую смесь окатанных обломков горных пород размером от 5(3) до 70(80) мм. По происхождению он может быть горным, речным, морским и ледниковым. Горный гравий имеет более угловатую форму зерен, что благоприятно сказывается на сцеплении с вяжущим, но более загрязнен пылевато-глинистыми примесями. Речной и морской гравий имеет гладкую поверхность, что ухудшает сцепление с вяжущим. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан и имеет более равномерный зерновой состав. Из-за недостаточного сцепления с цементным камнем в бетоне гравий, как правило, не применяется в бетонах с пределом прочности выше 30 МПа.

Обработка гравия заключается в его сортировке по фракциям и промывке. При содержании в гравии природного песка от 25 до 40% материал называют гравийно-песчаной смесью.

Гравий для асфальтобетонов должен соответствовать требованиям ГОСТ8267-93. Для асфальтобетонов применяют гравий фракций 5-10, 10-20(15), 20(15)- 40, а также смеси указанных фракций.

Качество щебня и гравия характеризуется показателями:

- прочности (маркой по раздавливанию в цилиндре, по сопротивлению износу в полочном барабане, по морозостойкости)

- крупностью и формой зерен (фракции 5…40 мм. форма зерен- кубовидная, количество лещадных зерен для смеси А до 15%, для смеси Б 25% и В -35% по массе)

- степенью загрязненности пылевато-глинистыми частицами (не более 1,5% по массе)

- петрографическим составом, который влияет на шероховатость покрытия. Чем выше шероховатость, тем лучше сцепление колес автотранспорта с дорогой. Шероховатость для гранита сохраняется до 5 лет эксплуатации дороги, а для известняка – один сезон, хотя адгезия битума к поверхности известняка больше, чем к граниту.

Песок (ГОСТ 8736). Песком называют рыхлую смесь зерен материала природного или искусственного происхождения размером от 0,16 до 5 мм.

По минерало-петрографическому составу различают кварцевые, полевошпатные, карбонатные и другие пески. Как правило, лучшие по качеству пески – кварцевые, и они чаще других используются. Однако при производстве бетонов и асфальтобетонов их можно заменять на другие пески.

По происхождению пески подразделяются на горные (овражные), речные, морские, барханные, дюнные и др. Каждый из них имеет положительные и отрицательные свойства: горные пески содержат повышенное содержание глины, но обладают неокатанной формой зерен, более благоприятно влияющей на прочность сцепления с цементным камнем в бетоне. Морские могут содержать обломки раковин, снижающих прочность бетонов и асфальтобетонов. Кроме того, речные и морские пески имеют гладкую поверхность зерен, не обеспечивающую достаточного сцепления с вяжущим веществом, но они более чистые. Дюнные и барханные пески сложены очень мелкими частицами, не отвечающими требованиям стандартов.

Показателями, характеризующими пески, являются:

- зерновой состав и модуль крупности

- содержание пылеватых и глинистых частиц

- минерало-петрографический состав

В асфальтобетонах могут применяться различные пески. Крупные пески оцениваются модулем крупности М_кр > 2,5 и содержанием в них зерен крупнее 0,63 более 50%. Пески средние оцениваются модулем крупности М_кр = 2 – 2,5 и содержанием в них зерен крупнее 0,315 в пределах 35- 50%.

Применяемый для асфальтобетонов песок природный и из отсевов дробления горных пород должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736, согласно которому cодержание глинистых частиц не должно превышать 0,5% для асфальтобетона марок I и II, и не более 1% для марки III.

Прочность песков оценивается по прочности горных пород, при естественном разрушении которых они образуются (природные пески), или из которых получаются при дроблении (дробленые пески).

Минеральный порошок (ГОСТ 52129-2003). Он представляет собой полидисперсный материал и является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. На его долю приходится до 95% суммарной поверхности минеральных зерен асфальтобетона.

Основное назначение минерального порошка – переводить объемный битум в пленочное состояние. При этом повышается вязкость и прочность битума. Вместе с битумом минеральный порошок образует структурированную дисперсную систему, которая выполняет роль вяжущего материала в асфальтобетоне. Кроме того, минеральный порошок заполняет поры между частицами песка что способствует повышению плотности асфальтобетона и снижению расхода битума.