Obliczenia polegają na doborze racjonalnego stosunku między materiałami tworzącymi mieszankę asfaltobetonową.

Metoda obliczania z krzywych gęstych mieszanin stała się powszechna. Największą wytrzymałość betonu asfaltowego uzyskuje się przy maksymalnej gęstości rdzenia mineralnego, optymalnej ilości bitumu i pudru mineralnego.

Istnieje bezpośredni związek między składem ziarnowym materiału mineralnego a gęstością. Optymalne będą kompozycje zawierające ziarna inny rozmiar których średnice są o połowę mniejsze.

Gdzie D 1 - największa średnica ziarna, ustalana w zależności od rodzaju mieszanki;

D 2 - najmniejsza średnica ziarna odpowiadająca frakcji mułu i proszku mineralnego (0,004 ... 0,005 mm).

Rozmiary ziaren, zgodnie z poprzednim poziomem

(6.6.2)

Liczba rozmiarów jest określona przez formułę

(6.6.3)

Liczba ułamków P za sztukę mniej niż liczba rozmiary T

(6.6.4)

Stosunek sąsiednich frakcji wagowych

(6.6.5)

Gdzie DO- współczynnik ucieczki.

Wartość pokazująca, ile razy ilość następnej frakcji jest mniejsza niż poprzednia, nazywana jest współczynnikiem odpływu. Najgęstszą mieszaninę uzyskuje się przy współczynniku spływu 0,8, ale taką mieszaninę trudno wybrać, dlatego za sugestią N.N. Iwanow, współczynnik ucieczki DO wzięte od 0,7 do 0,9.

Magister

OA KISELEWA

OBLICZANIE SKŁADU MIESZANKI BETONOWEJ ASFALTOWEJ

Dla studentów studiujących na kierunku 270100

„Budowa”, wytyczne do prac rozliczeniowych i graficznych

w dyscyplinie „Fizyczne podstawy projektowania nowej konstrukcji

materiały"

Zatwierdzony przez Radę Redakcyjną i Wydawniczą TSTU

Wersja drukowana wydania elektronicznego

Tambow

RIS TTU


UDC 625.855.3(076)

BBK 0311-033ya73-5

Opracował: dr hab. O. A. Kisielewa

Recenzent: doktor nauk technicznych, prof. Ledeniew VI

Obliczanie składu mieszanki asfaltobetonowej: Metod.ukaz. / Komp.: O.A. Kisielewa. Tambow: TSTU, 2010 - 16 s.

Wytyczne do wykonania prac rozliczeniowych i graficznych na dyscyplinie „Podstawy fizyczne do projektowania nowych materiałów budowlanych” dla studentów studiujących na kierunku 270100 „Budownictwo”.

Zatwierdzony przez redakcję i redakcję Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Tambowie

© GOU VPO „Państwo Tambow

Politechnika (TSTU), 2010


WSTĘP

Wytyczne dotyczą doboru składu betonu asfaltowego.

Aby zaprojektować skład betonu asfaltowego, musisz wiedzieć, co następuje:

– skład ziarnowy kruszyw,

- marka asfaltu,

- marka betonu asfaltowego.

Obliczenie składu betonu asfaltowego polega na doborze racjonalnego stosunku między materiałami składowymi, który zapewnia optymalną gęstość rdzenia mineralnego przy wymaganej ilości bitumu oraz wyprodukowanie betonu o określonych właściwościach technicznych przy określonej technologii produkcji.

METODY OBLICZANIA SKŁADU MIESZANKI BETONOWEJ ASFALTOWO-BETONOWEJ

Bardzo szerokie zastosowanie otrzymał metodę obliczania za pomocą krzywych gęstych mieszanin. Stwierdza ona, że ​​największą wytrzymałość betonu uzyskuje się w warunkach maksymalnej gęstości. skład mineralny poprzez obliczenie rozkładu ziarnowego oraz określenie zawartości optymalnej ilości asfaltu i pudru mineralnego.

Obliczenie składu betonu asfaltowego obejmuje następne kroki :

– obliczenie składu granulometrycznego mieszanki mineralnej wg zasady minimalnych porowatości,

– określenie optymalnej ilości asfaltu,

– definicja fizyczności właściwości mechaniczne obliczone mieszanki,

- dokonywanie korekt uzyskanych składów mieszanek.

1.Obliczanie składu granulometrycznego mieszanki mineralnej . W tym celu dla kruszywa drobnego i grubego, zgodnie z danymi o pozostałościach cząstkowych na sitach, stwierdza się, że pozostałości A i , % są równe sumie pozostałości cząstkowych (аi) na danym sicie i na wszystkich sitach mniejszych od tego . Uzyskane wyniki uwzględniające klasę betonu asfaltowego pod względem uziarnienia zestawiono w tabeli 1.

2.Ilość kruszywa określamy ułamkami. Obliczenia przeprowadza się według krzywych granicznych odpowiadających wybranym współczynnikom odpływu (rys. 1). Krzywe o współczynniku spływu mniejszym niż 0,7 przypisuje się składowi części mineralnej mieszanki asfaltobetonowej o niskiej zawartości proszku mineralnego. Kompozycje obliczone przy współczynniku spływu 0,9 zawierają zwiększoną ilość pudru mineralnego.

W tym celu, w zależności od marki betonu asfaltowego, wymaganą ilość piasku określa się na sicie o oczkach 1,25 lub tłucznia na sicie o oczkach 5 mm (dla drobnoziarnistego betonu asfaltowego). Na przykład w przypadku gruboziarnistego betonu asfaltowego ilość cząstek piasku drobniejszych niż 1,25 mm mieści się w przedziale od 23 do 46%. Akceptujemy 40%. Następnie określamy współczynnik dostosowujący skład ziarna piasku

Tabela 1

Skład granulometryczny mieszanki mineralnej

Rodzaj wypełniacza Pozostaje Rozmiary otworów sitowych
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,07
gruz ja 20 u 10 u 5 u
ja 20 10 5
Piasek ja 2,5 p 1,25 p 0,63 p 0,315 p 0,14 p
ja 2,5 p 1,25 p 0,63 p 0,315 p 0,14 p
proszek mineralny ja 0,63 m 0,315 m 0,14 m 0,07 m
ja 0,63 m 0,315 m 0,14m 0,07 m

Wymaganą ilość proszku mineralnego określa się na sicie o rozmiarze oczek 0,071. Dla betonu asfaltowego gruboziarnistego ilość cząstek mniejszych niż 0,071 mm mieści się w przedziale od 4 do 18%. Akceptujemy 10%. Następnie określamy współczynnik dostosowujący skład ziarna proszku mineralnego .

Określamy współczynnik do regulacji składu ziarnowego tłucznia (lub piasku) . I podajemy skład ziarnowy kruszyw (tab. 2).

Tabela 2

Szacunkowy skład agregatów

Rodzaj wypełniacza Pozostaje Rozmiary otworów sitowych
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,07
gruz ja K w × a 20 w K w × a 10 w Ku × a 5 u
ja
Piasek ja K p × a 2,5 p K p × a 1,25 p K p × a 0,63 p K p × a 0,315 p K p × a 0,14 p
ja
proszek mineralny ja K m × a 0,63 m K m × a 0,315 m K m × a 0,14 m K m × a 0,07 m
ja
∑A





Na podstawie uzyskanych danych konstruuje się krzywą rozkładu wielkości cząstek określonej wyliczonej mieszaniny, która powinna znajdować się pomiędzy krzywymi spływu granicznego. Liczbę składników wypełniacza określamy frakcjami, biorąc pod uwagę rodzaj betonu asfaltowego zgodnie z Tabelą 3.

Tabela 3

Optymalny skład granulometryczny mieszanki mineralnej

Rodzaj mieszanki Zawartość ziarna materiału mineralnego, %, drobniejszego niż podany wymiar, mm Orientacyjne zużycie bitumu, % wag
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071
Mieszanki o ciągłej granulometrii
Typy średnioziarniste: A B C 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
Gatunki drobnoziarniste: A B C 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
Rodzaje piasku: D 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
Nieciągłe mieszanki granulometryczne
Typy średnioziarniste: A B 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

T a b l e 3 ciąg dalszy

3.Określamy zużycie asfaltu. Obiecujące jest obliczenie ilości asfaltu w mieszance według metody opracowanej przez HADI na podstawie zawartości asfaltu w składnikach mineralnych. Obliczenie przeprowadza się w dwóch etapach: określenie pojemności asfaltowej każdej frakcji części mineralnej mieszanki oraz obliczenie zawartości asfaltu. W celu określenia zawartości bitumu wysuszone materiały dysperguje się na frakcje mniejsze niż 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 mm itd. do największego rozmiaru żwiru. Zdolność asfaltową poszczególnych frakcji przedstawiono w tabeli 4. Określamy zawartość asfaltu dla każdej frakcji (tabela 5).

Tabela 4

Pojemność bitumiczna wypełniacza

Wielkość frakcji, mm Zawartość bitumu, %
materiał granit Materiał dioryt Gęsty, trwały materiał wapienny Czyste zaokrąglone piasek kwarcowy i żwir
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

T a b l e 5

Oznaczanie zawartości asfaltu

T a b l e 6

Właściwości fizyczne i mechaniczne betonu asfaltowego

Wskaźniki Normy dla mieszanek dla warstwy wierzchniej Normy dla mieszanki dla dolnej warstwy
1. znak znak II
Porowatość rdzenia mineralnego, % obj. -35%) D (piaszczyste z piasku łamanego o zawartości frakcji 1,25-5 mm >33%) D (piaszczyste z piasku naturalnego) 15-19 15-19 18-22 – – 15-19 15-19 18-22 18-22 16-22
Porowatość resztkowa, % objętości 3-5 3-5 5-10
Nasycenie wodą, % obj. dla mieszanin: A B i D C i E 2-5 2-3,5 1,5-3 2-5 2-3,5 1,5-3 3-8
Obrzęk, % objętości, nie więcej 0,5 1,5
Wytrzymałość na ściskanie, kgf / cm 2 dla mieszanek typów w temperaturach 20-50 0 C: A B i D C i D w temperaturze 0 0 C – –
Współczynnik wodoodporności, nie mniejszy niż 0,9 0,85 –
Współczynnik wodoodporności przy długotrwałym nasyceniu wodą, nie mniej niż 0,8 0,75 –

Optymalną zawartość bitumu w mieszance określa następujący wzór

gdzie K jest współczynnikiem zależnym od marki asfaltu (dla BND 60/90 - 1,05; BND 90/130 - 1; BND 130/200 - 0,95; BND 200/300 - 0,9); B i – pojemność asfaltowa frakcji i; P i to zawartość frakcji i w mieszaninie w częściach całości.

4. Z tabeli 6 wypisujemy parametry fizyczne i mechaniczne charakterystyczne dla tego asfaltobetonu.

PRZYKŁAD OBLICZEŃ

Dobierz skład drobnoziarnistego betonu asfaltowego typu A. Wypełniacze: tłuczeń granitowy, piasek kwarcowy, proszek mineralny uzyskany przez mielenie diorytu.

Wyliczenie sald ogółem przedstawia tabela 7.

Tabela 7

prywatne szczątki

Rodzaj wypełniacza Pozostaje Rozmiary otworów sitowych
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071
gruz ja
ja
Piasek ja
ja
proszek mineralny ja
ja

Ponieważ kruszony kamień jest drobnoziarnisty, przesiewa się go przez sito o rozmiarze oczek 5 mm i usuwa większe frakcje.

Ilość kruszywa określamy ułamkami. Dla drobnoziarnistego betonu asfaltowego ilość cząstek tłucznia mniejszego niż 5 mm mieści się w przedziale od 84 do 70%. Akceptujemy wymaganą zawartość tłucznia większego niż 5 mm 25%. Określamy współczynnik do regulacji składu ziarna tłucznia K u = 25 * 100 / (100-28) = 34,7.

Wymagana ilość proszku mineralnego na sicie o wielkości oczek 0,071 mieści się w przedziale od 10 do 25%. Akceptujemy 15%. Współczynnik regulujący skład ziarna proszku mineralnego wynosi Km = 15*100/74 = 27,7.

Określamy współczynnik dostosowujący skład ziarna piasku K p \u003d 100-35-28 \u003d 37.

Podajemy skład ziarnowy kruszyw, biorąc pod uwagę gatunek betonu asfaltowego według wielkości kruszywa (tabela 8).

Tabela 8

Skład ziarnowy agregatów

Rodzaj wypełniacza Pozostaje Rozmiary otworów sitowych
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071
gruz ja 28*0,35=9,8
ja 9,8
Piasek ja 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
ja 31,1 22,9 15,5 4,4
proszek mineralny ja 7*0,28=2 10*0,28=2,8 9*0,28= 2,5 74*0,28=20,7
ja 23,2 20,7
∑A 74,8 59,1 50,9 41,5 27,6 20,7

Sprawdzamy poprawność doboru składu ziarnowego mieszanki mineralnej. W tym celu budujemy wykres rozkładu wielkości cząstek i stosujemy go do krzywych spływu (ryc. 5). Z rysunku widać, że wykres mieści się w dopuszczalnym obszarze. Obliczenie jest prawidłowe.

Znając pojemność asfaltową poszczególnych frakcji określamy zużycie asfaltu (tab. 9).

Oceniamy szacunkową zawartość asfaltu klasy BND 90/130 B = 1 * 6,71 = 6,71%. Sprawdzamy zawartość asfaltu zgodnie z tabelą. 3. Ponieważ ilość asfaltu według obliczeń jest większa niż normatywne 5-6,5%, przyjmujemy B = 6,71%.

Wypisujemy parametry fizyczne i mechaniczne charakterystyczne dla tego betonu asfaltowego:

- porowatość rdzenia mineralnego -18-22%,

– porowatość szczątkowa – 3-5%,

- nasycenie wodą - 1,5-3%,

– obrzęk – 0,5%,

- wytrzymałość na ściskanie - 10 kgf/cm2,

– współczynnik wodoodporności – 0,9,


- współczynnik wodoodporności przy długotrwałym nasyceniu wodą - 0,8.

Tabela 9

Oznaczanie zawartości asfaltu

Rozmiar frakcji Salda prywatne (w ułamkach jednostki) Zawartość asfaltu, % (z Tabeli 4) Całkowita zawartość bitumu, %
gruz Piasek proszek mineralny gruz Piasek proszek mineralny
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
Zawartość asfaltu=∑ 6,71

BIBLIOGRAFIA

1. Głuszko I.M. Materiały do ​​budowy dróg. Podręcznik dla instytutów samochodowych i drogowych / Glushko I.M., Korolev IV, Borshch I.M. i inni - M. 1983.

2. Gorelyshev N.V. Materiały i wyroby do budowy dróg. Informator. / Gorelyshev N.V., Guryachkov I.L., Pinus E.R. i inni - M.: Transport, 1986. - 288 s.

3. Korczagina O.A. Obliczanie składu mieszanek betonowych: Metoda. dekret / Korchagina O.A., Odnolko V.G. - Tambow: TSTU, 1996. - 28 s.


T a b l e P 1

Dane do zadania

Opcja Rodzaj betonu asfaltowego Rodzaj betonu asfaltowego Rodzaj betonu asfaltowego według metody produkcji Powołanie asfaltobetonu Klasa asfaltu BND
gruboziarnisty A gorący Top Coat 60/90
średnioziarnisty B ciepły Dolna pokrywa 90/130
drobnoziarnisty W gorący Top Coat 130/200
piaszczysty G zimno Dolna pokrywa 200/300
gruboziarnisty B ciepły Top Coat 60/90
średnioziarnisty W zimno Dolna pokrywa 130/200
drobnoziarnisty A ciepły Dolna pokrywa 90/130
piaszczysty D gorący Top Coat 60/90
gruboziarnisty W gorący Dolna pokrywa 90/130
średnioziarnisty A ciepły Top Coat 60/90
drobnoziarnisty B zimno Dolna pokrywa 200/300
gruboziarnisty A ciepły Dolna pokrywa 90/130
średnioziarnisty B gorący Top Coat 60/90
drobnoziarnisty W zimno Top Coat 130/200
piaszczysty G ciepły Dolna pokrywa 90/130
gruboziarnisty B zimno Top Coat 200/300
średnioziarnisty W gorący Dolna pokrywa 90/130
drobnoziarnisty A ciepły Dolna pokrywa 60/90
piaszczysty D zimno Top Coat 130/200
gruboziarnisty W zimno Top Coat 200/300
średnioziarnisty A ciepły Dolna pokrywa 90/130
drobnoziarnisty B gorący Top Coat 60/90
piaszczysty D ciepły Dolna pokrywa 90/130
gruboziarnisty A gorący Dolna pokrywa 60/90
średnioziarnisty B zimno Top Coat 130/200

T a b l e P 2

Dane do zadania

Opcja Granulometria materiał wypełniający
gruz piasek proszek mineralny
ciągły granit kwarc dioryt
ciągły dioryt kwarc dioryt
ciągły żwir wapień granit
ciągły – wapień wapień
przerywany dioryt wapień granit
ciągły granit kwarc wapień
ciągły żwir kwarc dioryt
ciągły – wapień dioryt
ciągły żwir kwarc wapień
ciągły dioryt wapień wapień
ciągły granit kwarc granit
przerywany dioryt kwarc wapień
ciągły żwir wapień wapień
ciągły granit wapień wapień
ciągły – kwarc dioryt
ciągły żwir kwarc granit
ciągły granit wapień dioryt
ciągły dioryt wapień dioryt
ciągły – kwarc granit
przerywany granit wapień granit
ciągły żwir kwarc dioryt
ciągły dioryt kwarc granit
ciągły – kwarc wapień
ciągły żwir wapień dioryt
przerywany dioryt kwarc granit

Najczęściej używana droga materiał konstrukcyjny w XX wieku - asfalt - dzieli się na wiele rodzajów, stopni i rodzajów. Podstawą wyodrębnienia jest nie tylko i nie tyle lista składników wyjściowych wchodzących w skład mieszanki asfaltobetonowej, ale stosunek ich udziałów masowych w składzie, a także niektóre cechy składników – w szczególności wielkość frakcje piasku i tłucznia, stopień oczyszczenia proszku mineralnego i tego samego piasku.

Skład asfaltu

Asfalt dowolnego rodzaju i marki zawiera piasek, tłuczeń lub żwir, proszek mineralny i bitum. Jednak w odniesieniu do kruszonego kamienia podczas przygotowywania niektórych rodzajów chodnik nie jest używany - ale jeśli asfaltowanie terytoriów odbywa się z uwzględnieniem dużego ruchu i silnych krótkotrwałych obciążeń nawierzchni, konieczny jest tłuczeń (lub żwir) - jako rama tworząca element ochronny.

proszek mineralny- obowiązkowy element początkowy do przygotowania asfaltu wszelkich marek i typów. Z reguły udział masowy proszku - a otrzymuje się go przez kruszenie skał, w których występuje wysoka zawartość związków węgla (czyli z wapienia i innych skamieniałych osadów organicznych) - określa się na podstawie zadań i wymagań dla lepkość materiału. Duży procent proszków mineralnych umożliwia zastosowanie go przy takich pracach jak asfaltowanie dróg i placów budowy: lepki (czyli wytrzymały) materiał z powodzeniem wytłumi wewnętrzne drgania konstrukcji mostowych bez pękania.

Większość rodzajów i klas asfaltu piasek- wyjątkiem, jak powiedzieliśmy, są rodzaje nawierzchni, w których występuje duży udział masowy żwir. O jakości piasku decyduje nie tylko stopień jego oczyszczenia, ale także sposób pozyskiwania: piasek wydobywany metodą odkrywkową zwykle wymaga dokładnego oczyszczenia, natomiast piasek sztuczny uzyskany przez kruszenie skał uważa się za gotowy do pracy.

Wreszcie, bitum jest kamieniem węgielnym branży brukarskiej. Produkt rafinacji ropy naftowej, bitum, jest zawarty w mieszance dowolnej marki w bardzo małej ilości - jego udział masowy w większości odmian prawie nie sięga 4-5 procent. Chociaż jest szeroko stosowany w pracach takich jak asfaltowanie trudnego terenu i naprawy dróg, asfalt lany zawiera co najmniej 10 procent bitumu. Bitum nadaje takiemu płótnu dobrą elastyczność po stwardnieniu i płynności, co ułatwia rozprowadzenie gotowej mieszanki na miejscu.

Gatunki i rodzaje asfaltów

W zależności od procentowego udziału w składzie wymienionych składników, istnieją trzy klasy asfaltu. Specyfikacje, zakres i skład mieszanki różnych gatunków opisano w GOST 9128-2009, który między innymi uwzględnia możliwość dodania dodatkowych dodatków zwiększających mrozoodporność, hydrofobowość, elastyczność lub odporność na zużycie powłoki.

W zależności od procentowego udziału wypełniacza w składzie mieszanki drogowo-budowlanej dzieli się ją na następujące typy:

  • A - 50-60% kruszonego kamienia;
  • B - 40-50% tłucznia lub żwiru;
  • B - 30-40% tłucznia lub żwiru;
  • G - do 30% piasku ze skratek kruszących;
  • D - do 70% piasku lub mieszanek z przesiewaczami kruszącymi.

Asfalt klasy 1

Ta marka produkuje szeroką gamę różne rodzaje powłoki - od gęstych do bardzo porowatych, ze znaczną zawartością tłucznia kamiennego. Zakres ich stosowania- budowa dróg i architektura krajobrazu: tylko materiały porowate w ogóle nie nadają się do roli właściwej powłoki, wierzchniej warstwy jezdni. Znacznie lepiej jest ich używać do układania fundamentów, wyrównywania podłoża pod układanie gęstszych rodzajów materiału.

Asfalt klasy 2

Zakres gęstości jest mniej więcej taki sam, ale zawartość i procent piasku i żwiru mogą się znacznie różnić. To ten sam „przeciętny” asfalt, o bardzo szerokim zakresie: i budowlane autostrady i ich naprawa oraz zagospodarowanie terenów pod parkingi i place nie może się bez tego obejść.

Asfalt klasy 3

Powłoki klasy 3 wyróżniają się tym, że do ich produkcji nie używa się tłucznia kamiennego czy żwiru – zastępują je proszki mineralne i wysokiej jakości piasek uzyskiwany przez kruszenie twardych skał.

Stosunek piasku i tłucznia (żwiru)

Stosunek zawartości piasku i żwiru jest jednym z najważniejszych wskaźników określających zakres danego rodzaju powłoki. W zależności od rozpowszechnienia jednego lub drugiego materiału jest oznaczony literami od A do D: A - ponad połowa składa się z drobnego tłucznia lub żwiru, a D - około 70 procent składa się z piasku (chociaż piasek jest używany głównie z tłucznia).

Stosunek składników bitumicznych i mineralnych

Nie mniej ważne - w końcu decyduje o charakterystyce wytrzymałościowej jezdni. Wysoka zawartość pudrów mineralnych znacznie zwiększa jej kruchość. Dlatego asfalty piaszczyste mogą być stosowane tylko w ograniczonym zakresie: zagospodarowanie parków czy chodników. Ale powłoki z wysoką zawartością bitumu są mile widzianym gościem w każdej pracy: zwłaszcza przy budowie dróg w trudnych warunkach klimatycznych, przy temperatury poniżej zera, jeśli tempo prac będzie takie, że po dniu nową drogą pojadą sprzęt drogowy, a po ukończeniu gotowej drogi pojadą ciężkie pojazdy.

Mieszanka betonu asfaltowego jest materiałem budowlanym uzyskiwanym sztucznie. Zgodnie z technologią produkcji przeprowadza się racjonalny dobór głównych komponentów, a następnie materiał zagęszcza się wibratorami. Wymagania dotyczące właściwości składu betonu asfaltowego zawarte są w GOST 9128.

Jakie składniki są używane w mieszance?

Zaprawa asfaltowa zawiera następujące składniki:

  • składniki pochodzenia mineralnego, takie jak piasek naturalny lub tłuczony, żwir (żwir), drobne zanieczyszczenia w postaci proszku (wg potrzeb);
  • ściągające składniki pochodzenia organicznego, takie jak bitum.

Początkowo zamiast bitumu używano smoły. Zrezygnowano jednak z powodu szkodliwy wpływ na zdrowie ludzi i środowisko. W celu wymieszania składników mieszanka asfaltowa jest podgrzewana. Powołanie betonu asfaltowego - układanie dróg lotnisk i autostrad, układanie podłóg przemysłowych. Zgodnie z zasadą murowania beton asfaltowy to:

Skład betonu asfaltowego to:

  • skruszony kamień;
  • żwir;
  • piaszczysty.

lepkość asfaltu i Maksymalna temperatura mur określa następujące rodzaje mieszanek:

  • na gorąco, układany w temperaturze 120°C ze spoiwami w postaci lepko-płynnej masy bitumicznej;
  • zimne, układane do 5°C, gdzie płynne materiały bitumiczne pochodzenia ropopochodnego działają jako spoiwo;
  • ciepły do ​​murowania do 70°C na bazie bitumu lepko-płynnego.

Jednak ten ostatni typ, jako odrębny gatunek, nie został znaleziony od 1999 roku. Rodzaje gorącego betonu asfaltowego według resztkowej porowatości procentowej:

  • wysoka gęstość - 1-2,5%;
  • wysoce porowaty - 10-18%;
  • gęsty - 2,5-5%;
  • porowaty - 5-10%.

W zimnych roztworach wartość ta wynosi 6-10%. W zależności od maksymalnego rozmiaru cząstek zastosowanego składnika mineralnego nawierzchnia z betonu asfaltowego może być:

  • gruboziarnisty o wielkości cząstek do 4 cm;
  • drobnoziarnisty z cząstkami do 2 cm;
  • piaszczyste o wielkości do 5 cm.
  • typ A, w którym skład kamienia mineralnego wynosi 50-60%;
  • typ B o zawartości kamienia 40-50%;
  • typ B, w tym 30-40% kruszywa.

Jakie są algorytmy projektowania składu komponentów betonu asfaltowego?

Aby wybrać skład roztworu betonu asfaltowego, wybiera się racjonalny stosunek składników. Otrzymane kompozycje mają określoną gęstość i właściwości techniczne. Istnieją cztery algorytmy projektowania:

  1. Metoda profesora Sacharowa P.V.
  2. Metoda nasycenia modulo podana przez prof. Duriera M.
  3. Algorytm projektowy dla wymaganych warunków pracy powłoki, uzyskany w wyniku badań profesora Rybieva I.A.
  4. Selekcja za pomocą krzywych gęstości, opracowana przez profesora NI Iwanowa przy pomocy SoyuzDorNII.

Przykład optymalnego doboru składników mieszanki asfaltowej

Jako przykład elementów z betonu asfaltowego proponuje się rozważyć problem: do wytworzenia zwartej górnej kuli drogi w trzeciej strefie klimatycznej potrzebna jest drobnoziarnista gorąca mieszanka typu B drugiego gatunku. Dostępne są następujące składniki:

  • żwir granitowy i wapienny o uziarnieniu 0,5-2 cm;
  • piasek rzeczny;
  • przesiewanie po kruszeniu wiórów granitowych;
  • przesiewanie po kruszeniu wapienia;
  • nieaktywowany minpoder;
  • materiał bitumiczny BND 90/130.

W pierwszym etapie przeprowadzane jest badanie i porównanie właściwości przedstawionych powyżej składników. Na podstawie wyników badań próbek o różnych proporcjach składników stwierdzono, że piasek rzeczny, pył granitowy, mączka mineralna, materiał bitumiczny nadają się do otrzymywania mieszanek asfaltobetonowych typu B i II gatunku.

Wapień i pył kruszonego składnika wapiennego nie spełniały norm GOST w zakresie parametrów wytrzymałościowych. W drugim etapie obliczany jest kruszony kamień. Jego zawartość przy wielkości cząstek większej niż 0,5 cm wynosi 35-50%. Optymalna zawartość w mieszankach to 48%. Materiał zawiera 95% cząstek o określonej wielkości, więc formuła wygląda następująco:

W ten sposób oblicza się ilość żwiru w mieszance dla składu frakcyjnego.

W trzecim etapie określany jest skład pudru mineralnego. Obliczenia rozpoczynają się od wyprowadzenia proporcji masowych żwiru, piasku i proszku mineralnego o składzie ułamkowym, zgodnie z GOST. Dlatego zawartość ziaren o wielkości mniejszej niż 0,0071 cm w min-materiale betonu asfaltowego powinna mieścić się w przedziale 6-12%. Do obliczeń przyjmuje się 7%. Przy zawartości pierwiastków o wielkości cząstek 0,0071 cm 74% w sproszkowanym minerale wzór obliczeniowy wygląda następująco:

Ze względu na obecność w mieszaninie cząstek mniejszych niż 0,0071 cm 3 z odsiewów granitowych, przyjmuje się frakcję proszku mineralnego równą 8%. Na czwartym etapie obliczana jest ilość piasku. Jego ogólna treść brzmi:

Piasek \u003d 100 - (proszek z kruszonego kamienia) \u003d 100 - (50 8) \u003d 42%.

W przykładzie zastosowano przesiewanie piaskiem rzecznym i granitowym. Dlatego proporcje każdego z nich są ustalane osobno. Procent składnika rzecznego i skratek granitowych określa ich frakcja o wielkości cząstek mniejszej niż 0,125 cm W przypadku mieszanki asfaltobetonowej ziarna powinny wynosić 28-39%. Pobiera się średnio 34%, z czego 8% oblicza się jako proporcję minpowder. Dlatego piasek jest potrzebny 34-8 = 26% dla cząstek mniejszych niż 0,125 cm.

Otrzymaną wartość zaokrąglamy do 22%, zatem zawartość przesiewu w zrębkach granitowych wynosi 42 - 22 = 20%. Podobne obliczenia przeprowadza się dla każdej frakcji piasku i skratek. Dane są podsumowywane w tabeli i sumowane z rozmiarami mniejszymi niż podane dla każdego pojedynczego składnika, a następnie porównywane z wymaganiami GOST.

Na piątym etapie obliczana jest zawartość składnika bitumicznego. Zgodnie z warunkami tłuczeń kamienny, piasek, przesiew tłucznia granitowego, proszek mineralny miesza się z 6% spoiwa, co odpowiada średniej wartości wymaganej w dokumencie regulacyjnym. Przygotuj trzy próbki mieszanki o wysokości 7,14 cm i odpowiedniej średnicy. Ponadto zagęszczanie odbywa się metodą łączoną:

  • trzy minuty na platformie wibracyjnej pod ciśnieniem 0,03 MPa;
  • trzyminutowe zagęszczanie na wibroprasie pod ciśnieniem 20 MPa.

Po dwóch dniach określa się średnią gęstość, to znaczy masę w przeliczeniu na objętość betonu asfaltowego, rzeczywistą gęstość składnika mineralnego mieszanki r°. Na podstawie uzyskanych danych oprócz gęstości obliczana jest porowatość składnika mineralnego badanych próbek.

Przybliżoną ilość lepiszcza bitumicznego określa się na podstawie rzeczywistej gęstości wszystkich składników z uwzględnieniem porowatości resztkowej betonu asfaltowego Vpor = 4%. Jednocześnie średnia gęstość próbek betonu asfaltowego o zawartości bitumu 6% na 100% składników mineralnych wynosi 2,35 g/cm3. Wzory obliczeniowe wyglądają zatem następująco:

Następnie przygotowuje się trzy kolejne próbki betonu asfaltowego o zawartości bitumu 6,2% w celu określenia porowatości resztkowej. Jeśli jego wartość wynosi 4,0 ± 0,5%, przygotowuje się i bada dodatkowe 15 próbek takiej mieszaniny zgodnie z GOST 9128-84.

W przypadku niezgodności z wymaganiami dokument normatywny, mieszanina jest korygowana i przeprowadzane są jej kolejne badania, jak wskazano powyżej.

W Rosji najbardziej rozpowszechniony stał się dobór składu części mineralnej mieszanek asfaltobetonowych według krzywych granicznych składów ziarnowych. Mieszanka tłucznia, piasku i proszku mineralnego dobierana jest w taki sposób, aby krzywa składu ziarnowego znajdowała się w strefie ograniczonej krzywymi granicznymi i była możliwie gładka. Skład frakcyjny mieszanki mineralnej oblicza się w zależności od zawartości wybranych składników i ich składu ziarnowego według następującej zależności:

j - numer komponentu;

n to liczba składników w mieszaninie;

Przy doborze składu ziarnowego mieszanki asfaltobetonowej, zwłaszcza przy zastosowaniu piasku z przesiewaczy kruszących, należy wziąć pod uwagę zawarte w minerale ziarna mniejsze niż 0,071 mm, które po podgrzaniu w bębnie suszącym ulegają wydmuchaniu i zdeponowane w systemie odpylania.

Te drobne cząstki można usunąć z mieszaniny lub dozować do mieszalnika razem z proszkiem mineralnym. Sposób stosowania odpylania określony jest w przepisach technologicznych przygotowania mieszanek asfaltobetonowych z uwzględnieniem jakości materiału oraz charakterystyki wytwórni asfaltu.

Ponadto, zgodnie z GOST 12801-98, określa się średnią i rzeczywistą gęstość betonu asfaltowego i części mineralnej, a na podstawie ich wartości oblicza się porowatość szczątkową i porowatość części mineralnej. Jeżeli porowatość resztkowa nie odpowiada wartości znormalizowanej, należy obliczyć nową zawartość bitumu B (% wag.) zgodnie z następującą zależnością:

Przy obliczonej ilości bitumu ponownie przygotowuje się mieszaninę, formuje się z niej próbki i ponownie określa się porowatość resztkową betonu asfaltowego. Jeśli odpowiada wymaganemu, wówczas jako podstawę przyjmuje się obliczoną ilość bitumu. W przeciwnym razie powtarza się procedurę doboru zawartości asfaltu, opartą na przybliżeniu do znormalizowanej objętości porów w zagęszczonym betonie asfaltowym.

Seria próbek jest formowana z mieszanki betonu asfaltowego o określonej zawartości bitumu przy użyciu standardowej metody zagęszczania i określa się pełny zakres wskaźników właściwości fizycznych i mechanicznych przewidzianych przez GOST 9128-97. Jeśli beton asfaltowy nie spełnia wymagań normy dla niektórych wskaźników, wówczas zmienia się skład mieszanki.

Przy niewystarczającej wartości współczynnika tarcia wewnętrznego należy zwiększyć zawartość dużych frakcji tłucznia kamiennego lub kruszonego ziarna w części piaszczystej mieszanki.

Przy niskich szybkościach przyczepności na ścinanie i wytrzymałości na ściskanie w temperaturze 50°C należy ją zwiększyć (w dopuszczalne granice) zawartość proszku mineralnego lub zastosować bitum o większej lepkości. Przy wysokich wartościach wytrzymałości w temperaturze 0°C zaleca się zmniejszenie zawartości pudru mineralnego, zmniejszenie lepkości asfaltu, zastosowanie lepiszcza polimerowo-bitumicznego lub zastosowanie dodatków uplastyczniających.

Przy niewystarczającej wodoodporności betonu asfaltowego wskazane jest zwiększenie zawartości proszku mineralnego lub bitumu, ale w granicach zapewniających wymagane wartości porowatości resztkowej i porowatości części mineralnej. W celu zwiększenia wodoodporności skuteczne jest stosowanie substancji powierzchniowo czynnych (surfaktantów), aktywatorów oraz aktywowanych pudrów mineralnych. Dobór składu mieszanki asfaltobetonowej uważa się za zakończony, jeżeli wszystkie wskaźniki właściwości fizycznych i mechanicznych uzyskane podczas badania próbek betonu asfaltowego spełniają wymagania normy. Jednak w ramach standardowe wymagania do betonu asfaltowego zaleca się optymalizację składu mieszanki w kierunku poprawy właściwości użytkowych i trwałości układanej warstwy konstrukcyjnej nawierzchni.

Optymalizacja składu mieszanki przeznaczonej do urządzenia górne warstwy nawierzchni drogowych, do niedawna było to związane ze wzrostem gęstości betonu asfaltowego. W tym zakresie ukształtowały się w drogownictwie trzy metody, które stosuje się przy doborze składu ziarnowego mieszanek gęstych. Pierwotnie nosiły one następujące nazwy:

  • - eksperymentalna (niemiecka) metoda selekcji gęstych mieszanek, polegająca na stopniowym wypełnianiu jednego materiału drugim;
  • - metoda krzywych, polegająca na doborze składu ziarnowego, zbliżaniu się do zadanych matematycznie „idealnych” krzywych mieszanek gęstych;
  • - amerykańska metoda mieszanek wzorcowych, oparta na sprawdzonych składach mieszanek z określonych materiałów.

Metody te zostały zaproponowane około 100 lat temu i przyjęte dalszy rozwój.

Istotą eksperymentalnej metody selekcji gęstych mieszanin jest stopniowe wypełnianie porów jednego materiału o większych ziarnach innym, mniejszym materiałem mineralnym. W praktyce wybór mieszanki odbywa się w następującej kolejności.

Do 100 części wagowych pierwszego materiału, 10, 20, 30 itd., dodaje się kolejno części wagowe drugiego, po wymieszaniu i zagęszczeniu określa się średnią gęstość i mieszaninę z minimalną liczbą pustek w stanie zagęszczonym jest zaznaczona.

Jeśli konieczne jest sporządzenie mieszaniny trzech składników, wówczas do gęstej mieszaniny dwóch materiałów dodaje się trzeci materiał w stopniowo rosnących porcjach i wybiera się również najgęstszą mieszaninę. Chociaż ten dobór gęstego rdzenia mineralnego jest pracochłonny i nie uwzględnia wpływu zawartości fazy ciekłej i właściwości asfaltu na zagęszczenie mieszanki, to jednak jest nadal wykorzystywany w badaniach eksperymentalnych.

Ponadto eksperymentalna metoda doboru gęstych mieszanek została wykorzystana jako podstawa do obliczeń metod przygotowania gęstych mieszanek betonowych z materiały sypkie różnych rozmiarach i był dalej rozwijany w metodach planowania eksperymentu. W metodologii projektowania stosowana jest zasada sekwencyjnego wypełniania pustek optymalne receptury asfaltobeton drogowy, w którym wykorzystuje się tłuczeń kamienny, żwir i piasek o dowolnej uziarnieniu.

Zdaniem autorów pracy zaproponowana technika obliczeniowo-eksperymentalna pozwala optymalnie sterować strukturą, składem, właściwościami i kosztami betonu asfaltowego. W roli zmiennych parametrów konstrukcyjnych i kontrolnych wykorzystywane są:

  • - współczynniki separacji ziaren tłucznia, żwiru i piasku;
  • - stężenie objętościowe proszek mineralny w lepiszczu asfaltowym;
  • - kryterium optymalności składu, wyrażone minimalnym całkowitym kosztem komponentów na jednostkę produkcji.

Opierając się na zasadzie sukcesywnego wypełniania ubytków tłuczniem, piaskiem i mączką mineralną, obliczono przybliżony skład mieszanki do betonu asfaltowego dużej gęstości na bazie płynnego bitumu.

Zawartość składników w mieszaninie obliczono na podstawie wyników zadanych rzeczywistych i gęstość nasypowa materiały mineralne. Ostateczny skład udoskonalono eksperymentalnie poprzez łączne zmienianie zawartości wszystkich składników mieszaniny metodą matematycznego planowania eksperymentu na simpleksie. Za optymalny uznano skład mieszanki, zapewniający minimalną porowatość rdzenia mineralnego betonu asfaltowego.

Drugi sposób doboru składu ziarnowego betonu asfaltowego polega na doborze gęstych mieszanek mineralnych, których skład ziarnowy zbliża się do idealnych krzywych Fullera, Grafa, Hermana, Bolomeya, Talbota-Richarda, Kitta-Peffa i innych autorów. Krzywe te w większości przypadków są reprezentowane przez potęgowe zależności wymaganej zawartości ziaren w mieszance od ich rozdrobnienia. Na przykład krzywa rozkładu wielkości cząstek Fullera dla gęstej mieszaniny jest dana następującym równaniem:

D - największy rozmiar ziarna w mieszance, mm.

W celu znormalizowania składu ziarnowego mieszanki asfaltobetonowej we współczesnej amerykańskiej metodzie projektowania Superpave akceptowane są również krzywe granulometryczne o maksymalnej gęstości, odpowiadające prawu potęgowemu o wykładniku równym 0,45.

Ponadto, oprócz punktów kontrolnych ograniczających zakres zawartości ziaren, istnieje również wewnętrzna strefa restrykcyjna, która znajduje się wzdłuż krzywej granulometrycznej maksymalnej gęstości w przedziale między ziarnami o wielkości 2,36 i 0,3 mm. Uważa się, że mieszanki o rozkładzie uziarnienia przechodzącym przez strefę graniczną mogą mieć problemy z zagęszczaniem i odpornością na ścinanie, ponieważ są bardziej wrażliwe na zawartość asfaltu i stają się plastyczne w przypadku przypadkowego przedawkowania spoiwa organicznego.

Należy zauważyć, że GOST 9128-76 przepisał również dla krzywych składu ziarnowego gęstych mieszanek strefę restrykcyjną znajdującą się między krzywymi granicznymi granulometrii ciągłej i nieciągłej. na ryc. 1 ta strefa jest zacieniona.

Ryż. 1. - Składy ziarnowe części mineralnej drobnoziarnistej:

Jednak w 1986 r., kiedy norma została wznowiona, ograniczenie to zostało zniesione jako nieistotne. Ponadto w pracach leningradzkiego oddziału Soyuzdornia (A.O. Sal) wykazano, że tak zwane „pół-nieciągłe” mieszaniny przechodzące przez zacienioną strefę są w niektórych przypadkach lepsze od ciągłych ze względu na niższą porowatość minerału część asfaltobetonu, a nieciągłym – ze względu na większą odporność na rozwarstwienia.

Znane badania V.V. Okhotina, w którym wykazano, że najgęstszą mieszaninę można otrzymać pod warunkiem, że średnica cząstek tworzących materiał zmniejszy się w stosunku 1:16, a ich ilości wagowe – w stosunku 1:0,43. Jednakże, biorąc pod uwagę tendencję do segregacji mieszanin formułowanych z takim stosunkiem frakcji grubych do drobnych, zaproponowano dodanie frakcji pośrednich. Jednocześnie masa frakcji o średnicy 16 razy mniejszej nie zmieni się wcale, jeśli puste przestrzenie zostaną wypełnione nie tylko tymi frakcjami, ale np. frakcjami o średnicy ziaren 4 razy mniejszej.

Jeżeli przy napełnianiu frakcjami o średnicy 16 razy mniejszej ich zawartość wagowa wynosiła 0,43, to przy napełnianiu frakcjami o średnicy ziarna 4 razy mniejszej ich zawartość powinna być równa k = 0,67. Jeśli wprowadzimy jeszcze jedną frakcję pośrednią o średnicy zmniejszającej się 2 razy, to stosunek frakcji powinien wynosić k = 0,81. Zatem wagę ułamków, która będzie się zmniejszać przez cały czas o tę samą wartość, można przedstawić matematycznie jako szereg postępów geometrycznych:

Y1 to ilość pierwszej frakcji;

k - współczynnik spływu;

n to liczba frakcji w mieszaninie.

Z otrzymanej progresji wyprowadzana jest wartość ilościowa pierwszego ułamka:

Tak więc współczynnik odpływu jest zwykle nazywany stosunkiem wagowym frakcji, których rozmiary cząstek są powiązane jak 1:2, tj. jako stosunek wielkości najbliższych komórek w standardowy zestaw sito

Chociaż teoretycznie najgęstsze mieszanki są obliczane przy zastosowaniu współczynnika spływu 0,81, w praktyce mieszanki o nieciągłym składzie ziarnowym okazały się gęstsze.

Tłumaczy się to tym, że przedstawione obliczenia teoretyczne przygotowania gęstych mieszanek za pomocą współczynnika spływu nie uwzględniają rozdzielania dużych ziaren materiału przez mniejsze. W tym zakresie P. V. Sacharow zauważył, że pozytywne wyniki w zakresie zwiększania gęstości mieszaniny uzyskuje się tylko przy stopniowym (przerywanym) doborze frakcji.

Jeżeli stosunek wielkości frakcji mieszanych jest mniejszy niż 1:2 lub 1:3, to drobne cząstki nie wypełniają luki między dużymi ziarnami, ale je rozsuwają.

Krzywe rozkładu uziarnienia części mineralnej betonu asfaltowego o różnych współczynnikach spływu przedstawiono na rys. 2.

Ryż. 2. - Skład granulometryczny części mineralnej mieszanek mineralno-asfaltowych o różnych współczynnikach spływu:

Później udoskonalono stosunek średnic cząstek sąsiednich frakcji, wyłączając separację dużych ziaren w wielofrakcyjnej mieszaninie mineralnej. według P.I. Bozhenova, aby wykluczyć rozdzielanie dużych ziaren na małe, stosunek średnicy frakcji drobnej do średnicy frakcji grubej powinien wynosić nie więcej niż 0,225 (tj. 1:4,44). Biorąc pod uwagę badane w praktyce składy mieszanek mineralnych, N.N. Iwanow zasugerował użycie krzywych rozkładu wielkości cząstek ze współczynnikiem odpływu w zakresie od 0,65 do 0,90 do doboru mieszanin.

Składy granulometryczne gęstych mieszanek asfaltobetonowych, zorientowane na urabialność, zostały znormalizowane w ZSRR w latach 1932-1967. Zgodnie z tymi normami mieszanki asfaltobetonowe zawierały ograniczoną ilość tłucznia kamiennego (26-45%) oraz zwiększoną ilość proszku mineralnego (8-23%). Doświadczenia ze stosowaniem takich mieszanek wykazały, że w nawierzchniach, zwłaszcza na drogach o dużym i dużym natężeniu ruchu, powstają fale, ścinanie i inne odkształcenia plastyczne. Jednocześnie chropowatość powierzchni powłok była również niewystarczająca, aby zapewnić wysoką przyczepność do kół samochodów, w oparciu o warunki bezpieczeństwa ruchu drogowego.

Zasadnicze zmiany w normie dotyczącej mieszanek asfaltobetonowych wprowadzono w 1967 r. GOST 9128-67 obejmował nowe składy mieszanek do ramowego betonu asfaltowego o wysokiej zawartości kruszywa (do 65%), które zaczęto uwzględniać w projektach drogowych z duże natężenie ruchu. W mieszankach mineralno-asfaltowych zmniejszono również ilość pudru mineralnego i asfaltu, co uzasadniono koniecznością przejścia od mieszanek plastycznych do sztywniejszych.

Skład części mineralnej wielu mieszanek tłucznia obliczono z równania paraboli sześciennej, powiązanego z czterema kontrolnymi uziarnieniami: 20; 5; 1,25 i 0,071 mm.

W badaniach i realizacji ramowych betonów asfaltowych dużą wagę przywiązywano do zwiększania chropowatości powłok. Metody urządzeń nawierzchnia z betonu asfaltowego o szorstkiej powierzchni znalazły odzwierciedlenie w zaleceniach opracowanych na początku lat 60. ubiegłego wieku i początkowo wdrożonych w obiektach Ministerstwa Transportu ZSRR Glavdorstroy. Zdaniem twórców stworzenie chropowatości powinno być poprzedzone utworzeniem przestrzennej ramy w asfaltobetonie. W praktyce osiągnięto to poprzez zmniejszenie ilości proszku mineralnego w mieszance, zwiększenie zawartości dużych ziaren pokruszonych oraz całkowite zagęszczenie mieszanki, w której stykają się ze sobą ziarna tłucznia i gruboziarnistych frakcji piasku. Produkcję betonu asfaltowego o konstrukcji ramowej i chropowatej powierzchni zapewniono przy zawartości 50-65% masy ziaren większych niż 5 (3) mm. w mieszankach drobnoziarnistych typu A i 33-55% ziaren większych niż 1,25 mm. V mieszanki piasku typu G z ograniczoną zawartością pudru mineralnego (4-8% w mieszankach drobnoziarnistych i 8-14% w piaskowych).

Zalecenia dotyczące zapewnienia odporności na ścinanie nawierzchni z betonu asfaltowego w wyniku zastosowania asfaltobetonu ramowego poprzez zwiększenie tarcia wewnętrznego rdzenia mineralnego pojawiają się również w publikacjach zagranicznych.

Na przykład firmy drogowe z Wielkiej Brytanii przy budowie nawierzchni z betonu asfaltowego w krajach tropikalnych i subtropikalnych specjalnie wykorzystują składy ziarnowe dobrane zgodnie z równaniem paraboli sześciennej.

Stabilność powłok z takich mieszanek jest zapewniona głównie w wyniku mechanicznego blokowania kanciastych cząstek, którymi musi być albo mocny tłuczeń kamienny, albo tłuczeń żwirowy. W takich mieszankach nie wolno stosować nierozdrobnionego żwiru.

Odporność powłok na odkształcenia ścinające można zwiększyć, zwiększając rozmiar kruszonego kamienia. Norma amerykańska ASTM D 3515-96 przewidywała podział mieszanek mineralno-asfaltowych na dziewięć klas w zależności od maksymalnego uziarnienia od 1,18 do 50 mm.

Im wyższa klasa, tym większy kruszywo i mniejsza zawartość proszku mineralnego w mieszance. Krzywe składów ziarnowych, zbudowane na paraboli sześciennej, zapewniają sztywną ramę dużych ziaren podczas zagęszczania powłoki, która zapewnia główną odporność na obciążenia transportowe.

W większości przypadków część mineralna mieszanki asfaltowej jest wybierana spośród składników gruboziarnistych, średnioziarnistych i drobnoziarnistych. Jeżeli rzeczywista gęstość składników mineralnych znacznie się od siebie różni, zaleca się obliczenie ich zawartości w mieszaninie objętościowo.

Sprawdzone w praktyce składy ziarnowe części mineralnej mieszanek asfaltobetonowych są znormalizowane we wszystkich krajach rozwiniętych technicznie, z uwzględnieniem zakresu ich zastosowania. Te kompozycje z reguły są ze sobą spójne.

Ogólnie uważa się, że najbardziej rozbudowanym elementem projektowania składu betonu asfaltowego jest dobór składu granulometrycznego składnika mineralnego bądź według krzywych optymalnej gęstości, bądź według zasady sukcesywnego wypełniania porów. Sytuacja jest bardziej skomplikowana przy wyborze lepiszcza bitumicznego właściwa jakość oraz z uzasadnieniem jego optymalnej zawartości w mieszance. Do tej pory nie ma zgody co do wiarygodności metod obliczeniowych wyznaczania zawartości asfaltów w mieszance asfaltowej.

Obecne eksperymentalne metody doboru zawartości lepiszcza wiążą się z różnymi metodami wytwarzania i badania próbek betonu asfaltowego w laboratorium i co najważniejsze nie pozwalają na wystarczająco wiarygodne przewidywanie trwałości i stanu eksploatacyjnego nawierzchni drogowych w zależności od warunków eksploatacji.

PV Sacharow zaproponował zaprojektowanie składu betonu asfaltowego według wcześniej wybranego składu lepiszcza asfaltowego. Stosunek ilościowy asfaltu do proszku mineralnego w lepiszczu asfaltowym dobrano doświadczalnie w zależności od wskaźnika odkształcenia plastycznego (metodą wodoodporności) oraz wytrzymałości na rozciąganie ośmiu próbek. Uwzględniono również stabilność termiczną lepiszcza asfaltowego, porównując wskaźniki wytrzymałościowe w temperaturach 30, 15 i 0°C. Na podstawie danych doświadczalnych zalecono przestrzeganie stosunku wagowego asfaltu do proszku mineralnego (B/MP) w przedziale od 0,5 do 0,2.

W efekcie składy betonu asfaltowego charakteryzowały się zwiększoną zawartością pudru mineralnego. W dalszych badaniach I.A. Rybieva wykazano, że wymierne wartości B/MP mogą być równe 0,8, a nawet wyższe. W oparciu o prawo wytrzymałości konstrukcji optymalnych (reguła wyrównania) zaproponowano metodę projektowania składu betonu asfaltowego w zależności od warunków eksploatacji nawierzchni. Stwierdzono, że optymalną strukturę betonu asfaltowego uzyskuje się poprzez doprowadzenie asfaltu do stanu filmowego.

Jednocześnie wykazano, że optymalna zawartość asfaltu w mieszance zależy nie tylko od stosunku ilościowego i jakościowego składników, ale również od czynników technologicznych i sposobu zagęszczania.

Dlatego uzasadnienie naukowe wymagany wskaźniki efektywności asfaltobetonów i racjonalne sposoby ich osiągania to nadal główne zadanie związane ze zwiększaniem trwałości nawierzchni drogowych.

Istnieje kilka metod obliczania zawartości asfaltu w mieszance asfaltobetonowej, zarówno na podstawie grubości warstwy bitumu na powierzchni ziaren mineralnych, jak i liczby pustek w zagęszczonej mieszance mineralnej.

Pierwsze próby ich zastosowania w projektowaniu mieszanek mineralno-asfaltowych często kończyły się niepowodzeniem, co spowodowało konieczność udoskonalenia metod obliczeniowych określania zawartości asfaltów w mieszance. NN Iwanow zaproponował, aby wziąć pod uwagę najlepsze zagęszczenie gorącej mieszanki betonowo-asfaltowej i pewien margines rozszerzalność cieplna bitum, jeżeli obliczenie zawartości bitumu opiera się na porowatości zagęszczonej mieszanki mineralnej:

B - ilość bitumu,%;

Р - porowatość zagęszczonej mieszanki mineralnej, %;

c6 - rzeczywista gęstość asfaltu, g/cm. sześcian;

c to średnia gęstość zagęszczonej suchej mieszanki, g/cm. sześcian;

0,85 - współczynnik redukcji asfaltu dzięki lepszemu zagęszczeniu mieszanki z asfaltem oraz współczynnik rozszerzalności asfaltu, który przyjmuje się jako równy 0,0017.

Należy zauważyć, że obliczenia zawartości objętościowej składników w betonie asfaltowym zagęszczonym, w tym objętości porów powietrznych czy porowatości resztkowej, wykonuje się dowolną metodą projektową w postaci normalizacji objętości fazowej. Jako przykład na ryc. 3 przedstawia skład objętościowy betonu asfaltowego typu A w postaci wykresu kołowego.

Ryż. 3. - Normalizacja objętości faz w betonie asfaltowym:

Zgodnie z tym wykresem zawartość bitumu (% objętości) jest równa różnicy między porowatością rdzenia mineralnego a porowatością resztkową zagęszczonego betonu asfaltowego. Dlatego M. Durieu zalecił metodę obliczania zawartości bitumu w gorącej mieszance asfaltowej według modułu nasycenia. Moduł nasycenia asfaltobetonu lepiszczem ustalono na podstawie danych doświadczalnych i produkcyjnych i charakteryzuje on procentową zawartość lepiszcza w mieszance mineralnej o powierzchni właściwej 1 m2/kg.

Metodologię tę przyjęto do wyznaczania minimalnej zawartości lepiszcza bitumicznego w zależności od składu ziarnowego składnika mineralnego w metodzie projektowania mieszanki asfaltowej LCPC. opracowany przez Centralne Laboratorium Mostów i Dróg Francji. Zawartość masy bitumu zgodnie z tą metodą określa się według wzoru:

k jest modułem nasycenia betonu asfaltowego lepiszczem.

  • S - częściowa pozostałość na sicie z otworami o wielkości 0,315 mm, %;
  • s - częściowa pozostałość na sicie z otworami o wielkości 0,08 mm, %;

Metoda obliczania zawartości bitumu na podstawie grubości warstwy bitumu została znacznie ulepszona przez I.V. Korolow. Na podstawie danych doświadczalnych zróżnicował powierzchnię właściwą ziaren frakcji wzorcowych w zależności od rodzaju skały. Wpływ rodzaju materiału kamiennego, uziarnienia i lepkości asfaltów na optymalna grubość film bitumiczny w mieszance asfaltowej.

Kolejnym krokiem jest zróżnicowana ocena pojemności asfaltu cząstek mineralnych mniejszych niż 0,071 mm. W wyniku statystycznego przewidywania składu ziarnowego proszku mineralnego oraz zawartości bitumu we frakcjach o wielkości od 1 do 71 mikronów w MADI (GTU) opracowano technikę pozwalającą na uzyskanie danych obliczeniowych w zadowalający sposób pokrywających się z danymi doświadczalnymi zawartość bitumu w mieszance asfaltobetonowej.

Inne podejście do wyznaczania zawartości bitumu w betonie asfaltowym opiera się na zależności między porowatością szkieletu mineralnego a składem ziarnowym części mineralnej. Na podstawie badań eksperymentalnych mieszanin cząstek o różnej wielkości japońscy specjaliści zaproponowali matematyczny model porowatości rdzenia mineralnego (VMA). Wartości współczynników ustalonej zależności korelacyjnej wyznaczono dla betonu kruszonego kamienno-mastyksowo-asfaltowego, który zagęszczano w kompaktorze obrotowym (giratorze) przy 300 obrotach formy. W pracy zaproponowano algorytm obliczania zawartości asfaltu, oparty na korelacji charakterystyki porowatości betonu asfaltowego ze składem ziarnowym mieszanki. Na podstawie wyników przetwarzania szeregu danych uzyskanych podczas badań gęstych asfaltobetonów różnych typów ustalono następujące zależności do obliczenia optymalnej zawartości asfaltu:

K jest parametrem granulometrii.

Dkr- minimalny rozmiar ziarna o dużej frakcji, mniejsze niż zawierają 69,1% masy mieszanki, mm.;

D0 - wielkość ziarna frakcji środkowej, drobniejszej niż ta, która zawiera 38,1% masy mieszanki, mm;

D drobny - maksymalny rozmiar ziarna frakcji drobnej, drobniejszej niż ta, która zawiera 19,1% masy mieszanki, mm.

Jednak w każdym przypadku obliczone dawki asfaltu należy skorygować podczas przygotowywania partii kontrolnych, w zależności od wyników badań formowanych próbek betonu asfaltowego.

Przy doborze składów mieszanek asfaltobetonowych należy kierować się następującym stwierdzeniem prof. NN Ivanova: „Asfaltu nie należy pobierać więcej, niż wynika to z uzyskania wystarczająco mocnej i stabilnej mieszanki, ale bitumu należy przyjmować jak najwięcej, aw żadnym wypadku tak mało, jak to możliwe”. Eksperymentalne metody doboru mieszanek asfaltobetonowych polegają zwykle na przygotowaniu wzorcowych próbek określonymi metodami zagęszczania i przetestowaniu ich w laboratorium. Dla każdej metody opracowano odpowiednie kryteria, które w mniejszym lub większym stopniu określają związek między wynikami badań laboratoryjnych zagęszczonych próbek a właściwościami eksploatacyjnymi betonu asfaltowego w warunkach eksploatacji.

W większości przypadków kryteria te są określone i znormalizowane przez krajowe normy dotyczące betonu asfaltowego.

Powszechne są następujące schematy badań mechanicznych próbek betonu asfaltowego, pokazane na ryc. 4.

Ryż. 4. - Schematy badań próbek cylindrycznych przy projektowaniu składu betonu asfaltowego:


a - według Duryeza;

b - według Marshalla;

c - według Khvima;

d - według Hubbarda-Fielda.

Analiza różnych eksperymentalnych metod projektowania mieszanek asfaltobetonowych wskazuje na podobieństwo podejść do wyznaczenia receptury oraz różnicę zarówno w sposobie badania próbek, jak i kryteriach oceny właściwości.

Podobieństwo metod projektowania mieszanki asfaltobetonowej polega na doborze takiego stosunku objętościowego składników, który zapewnia określone wartości porowatości szczątkowej i znormalizowane wskaźniki właściwości mechanicznych betonu asfaltowego.

W Rosji, przy projektowaniu betonu asfaltowego, standardowe cylindryczne próbki są testowane na ściskanie jednoosiowe (zgodnie ze schematem Durieza), które są formowane w laboratorium zgodnie z GOST 12801-98, w zależności od zawartości kruszonego kamienia w mieszance, albo z obciążeniem statycznym 40 MPa lub przez wibrowanie, a następnie dodatkowe zagęszczenie obciążeniem 20 MPa. W praktyce zagranicznej najbardziej rozpowszechniona jest metoda Marshalla projektowania mieszanek z betonu asfaltowego.

Do niedawna w USA stosowano metody projektowania mieszanek mineralno-asfaltowych według Marshalla, Hubbarda-Fielda i Khvima. ale ostatnio wiele stanów wdraża system projektowania „Superpave”.

Opracowując za granicą nowe metody projektowania mieszanek asfaltobetonowych, wiele uwagi poświęcono udoskonaleniu metod zagęszczania próbek. Obecnie przy projektowaniu mieszanek wg Marshalla wyróżnia się trzy stopnie zagęszczenia próbki: odpowiednio 35, 50 i 75 wstrząsów na każdą stronę, dla warunków ruchu lekkiego, średniego i ciężkiego. Wojska inżynieryjne Stany Zjednoczone, dzięki szeroko zakrojonym badaniom, udoskonaliły testy Marshalla i rozszerzyły je na projektowanie mieszanek nawierzchni lotniskowych.

Projektowanie mieszanki asfaltowej metodą Marshalla zakłada, że:

  • - wstępnie ustalono zgodność wyjściowych surowców mineralnych i asfaltów z wymaganiami warunków technicznych;
  • - skład granulometryczny mieszanki materiałów mineralnych został dobrany tak, aby spełniał wymagania projektowe;
  • - zdefiniowane wartości prawdziwa gęstość lepkich materiałów bitumicznych i mineralnych odpowiednimi metodami badawczymi;
  • - odpowiednią ilość materiału kamiennego suszy się i dzieli na frakcje w celu przygotowania laboratoryjnych partii mieszanek o różnej zawartości spoiwa.

Do testów Marshalla wykonuje się standardowe cylindryczne próbki o wysokości 6,35 cm i średnicy 10,2 cm z zagęszczaniem przez uderzenia spadającego ciężaru. Mieszanki przygotowywane są z różną zawartością asfaltu, zazwyczaj różniącą się między sobą o 0,5%. Zaleca się sporządzenie co najmniej dwóch mieszanek o zawartości asfaltu powyżej wartości „optymalnej” oraz dwóch mieszanek o zawartości asfaltu poniżej wartości „optymalnej”.

W celu dokładniejszego wyznaczenia zawartości asfaltu do badań laboratoryjnych, zaleca się najpierw ustalić przybliżoną „optymalną” zawartość asfaltu.

Przez „optymalny” rozumie się zawartość bitumu w mieszance, która zapewnia maksymalną stabilność Marshalla formowanych próbek. W przybliżeniu do wyboru konieczne jest posiadanie 22 na południe materiały kamienne i około 4 litrów. bitum.

Wyniki badań betonu asfaltowego metodą Marshalla przedstawiono na ryc. 5.

Na podstawie wyników badań próbek betonu asfaltowego metodą Marshalla wyciąga się zazwyczaj następujące wnioski:

  • - Wartość stabilności wzrasta wraz ze wzrostem zawartości spoiwa do pewnego maksimum, po czym wartość stabilności spada;
  • - wartość plastyczności warunkowej betonu asfaltowego wzrasta wraz ze wzrostem zawartości spoiwa;
  • - Krzywa gęstości w funkcji zawartości asfaltu jest podobna do krzywej stabilności, jednak dla niej maksimum obserwuje się częściej przy nieco większej wysoka zawartość bitum;
  • - porowatość szczątkowa betonu asfaltowego maleje wraz ze wzrostem zawartości asfaltu, asymptotycznie zbliżając się do wartości minimalnej;
  • - Procent wypełnienia porów asfaltem wzrasta wraz ze wzrostem jego zawartości.

Ryż. 5. - Wyniki (a, b, c, d) badań betonu asfaltowego metodą Marshalla:


Optymalną zawartość asfaltu zaleca się określić jako średnią z czterech wartości ustalonych z zestawień dla odpowiednich wymagań projektowych. Mieszanka asfaltowa o optymalnej zawartości bitumu musi spełniać wszystkie wymagania specyfikacji technicznej. Przy ostatecznym wyborze składu mieszanki asfaltobetonowej można również wziąć pod uwagę wskaźniki techniczne i ekonomiczne. Ogólnie zaleca się wybór mieszanki, która ma najwyższą stabilność Marshalla.

Należy jednak pamiętać, że mieszanki o zbyt wysokich wartościach stabilności Marshalla i małej ciągliwości są niepożądane, ponieważ powłoki z takich mieszanek będą nadmiernie sztywne i mogą pękać podczas jazdy ciężkimi pojazdami, zwłaszcza o kruchych podstawach i dużych ugięciach powłoka. Często w Europie Zachodniej i Stanach Zjednoczonych metoda projektowania mieszanki asfaltowej Marshalla jest krytykowana. Należy zauważyć, że zagęszczenie udarowe próbek metodą Marshalla nie symuluje zagęszczenia mieszanki w powłoce, a stabilność Marshalla nie pozwala na zadowalającą ocenę wytrzymałości betonu asfaltowego na ścinanie.

Krytykowana jest również metoda Khvim, której wady obejmują raczej nieporęczny i drogi sprzęt testowy.

Ponadto niektóre ważne wskaźniki objętościowe betonu asfaltowego, związane z jego trwałością, nie są właściwie ujawnione w tej metodzie. Zdaniem amerykańskich inżynierów, metoda doboru zawartości bitumu przez Khvim jest subiektywna i może prowadzić do krótkiej żywotności betonu asfaltowego ze względu na przypisanie do mieszanki niskiej zawartości lepiszcza.

Metoda LCPC (Francja) opiera się na fakcie, że gorąca mieszanka asfaltowa musi być zaprojektowana i zagęszczona podczas procesu budowy do maksymalnej gęstości.

W związku z tym przeprowadzono specjalne badania prac projektowych zagęszczania, które zdefiniowano jako 16 przejazdów wałem z ogumieniem pneumatycznym, z naciskiem na oś 3 tf przy ciśnieniu w oponie 6 bar. Na pełnowymiarowym stole laboratoryjnym podczas zagęszczania gorącego betonu asfaltowego było to uzasadnione standardowa grubość warstwa równa 5 maksymalnym rozmiarom ziaren mineralnych. W celu prawidłowego zagęszczenia próbek laboratoryjnych wystandaryzowano kąt obrotu zagęszczarki laboratoryjnej (girator) równy 1° oraz nacisk pionowy na zagęszczoną mieszaninę o wartości 600 kPa. W takim przypadku standardowa liczba obrotów żyratora powinna być równa grubości warstwy zagęszczonej mieszanki wyrażonej w milimetrach.

W amerykańskiej metodzie systemu projektowego Superpave zwyczajowo zagęszcza się próbki asfaltobetonowe również w żyratorze, ale o kącie obrotu 1,25°. Praca przy zagęszczaniu próbek asfaltobetonów jest normalizowana w zależności od obliczonej wartości całkowitego obciążenia transportowego nawierzchni, dla urządzenia, którego mieszanka jest zaprojektowana. Schemat zagęszczania próbek mieszanki asfaltobetonowej w obrotowym urządzeniu zagęszczającym przedstawiono na ryc. 6.

Ryż. 6. - Schemat zagęszczania próbek mieszanki asfaltobetonowej w obrotowym urządzeniu zagęszczającym:

Metoda projektowania mieszanki asfaltowej MTQ (Ministerstwo Transportu prowincji Quebec, Kanada) wykorzystuje walec obrotowy Superpave zamiast żyratora LCPC. Obliczoną liczbę obrotów podczas zagęszczania przyjmuje się dla mieszanek o maksymalnym uziarnieniu 10 mm. równy 80, a dla mieszanin o wielkości cząstek 14 mm. - 100 obrotów obrotu. Obliczona zawartość otworów powietrznych w próbce powinna zawierać się w przedziale od 4 do 7%. Nominalna objętość porów wynosi zazwyczaj 5%. Efektywna objętość asfaltu jest ustalana dla każdego rodzaju mieszanki, podobnie jak w metodzie LCPC.

Warto zauważyć, że projektując mieszanki mineralno-asfaltowe z tych samych materiałów metodą Marshalla, metodą LCPC (Francja), metodą Superpave design system (USA) oraz metodą MTQ (Kanada) uzyskano w przybliżeniu takie same wyniki.

Chociaż każda z czterech dostarczonych metod różne warunki przykładowe uszczelki:

  • - Marshall - 75 ciosów z obu stron;
  • - "Superpave" - ​​100 obrotów w żyratorze pod kątem 1,25°;
  • - MTQ - 80 obrotów w żyratorze pod kątem 1,25°;
  • - LCPC - po 60 obrotach efektywnej zagęszczarki pod kątem 1°C uzyskano dość porównywalne wyniki pod względem optymalnej zawartości asfaltu.

Dlatego autorzy pracy doszli do wniosku, że ważne jest nie tylko posiadanie „właściwej” metody zagęszczania próbek laboratoryjnych, ale posiadanie systemu wpływu siły zagęszczania na strukturę betonu asfaltowego w próbce oraz na jego działanie w powłoce.

Należy zauważyć, że rotacyjne metody zagęszczania próbek betonu asfaltowego również nie są pozbawione wad. Podczas zagęszczania gorącej mieszanki asfaltobetonowej w żyratorze stwierdzono zauważalne ścieranie materiału kamiennego.

Dlatego w przypadku stosowania materiałów kamiennych charakteryzujących się zużyciem w bębnie Los Angeles większym niż 30%, znormalizowaną liczbę obrotów zagęszczarki mieszanki podczas uzyskiwania próbek kruszonego kamienno-mastyksowego asfaltobetonu ustala się na 75 zamiast 100.