Подбор рецепта асфальтобетонной смеси
Подбор состава асфальтобетона и характеристика компонентов смеси
Асфальтобетон – особый вид дорожного материала, который аналогично бетону набирает нужную прочность после охлаждения и уплотнения исходной смеси. И, так же как для бетона, свойства его во многом зависят от свойств ингредиентов смеси и их соотношением.
Что входит в состав асфальтобетона?
Различают несколько типов асфальтобетона, состав которых заметно отличается. В отдельных случаях состав и качества исходных ингредиентов оказываются связанными с методом производства.
В общем виде АБ состоит из трех основных частей: вяжущего, минерального компонента и каменного. Последнее, однако, не касается песчаных модификаций асфальта, где каменная составляющая исключена.
О том, что входит по ГОСТУ в состав холодного, теплого и горячего, мелкозернистого и крупнозернистого асфальтобетона, а также песчаного и пористого, расскажем вам далее.
Вяжущее вещество
В производстве АБ в качестве вяжущего применяют битум. Несколько ранее использовался также деготь, но сегодня от его применения отказались.
Главная особенность этого ингредиента – вязкость. Она должна быть достаточной, чтобы при смешении покрывать щебень или гравий, но недостаточной, чтобы стекать с них. Вяжущее должно обладать приличной стойкостью, чтобы противостоять деформации, но при этом оставаться пластичным и не формировать трещины. Битум рекомендованных марок вполне подходит для этой задачи.
Может использоваться разжиженный битум – праймер, или эмульсия. В первом случае вещество разводят растворителем, во втором – смешивают с водой и эмульгатором. Цель такой операции – обеспечить высокую текучесть битума, что требуется при работе в морозы. Вода и растворитель по мере охлаждения состава испаряются, а битум сохраняет свои качества.
Кроме того, используют и специальные разработки – полимерно-битумные вяжущие, повышающие коэффициент упругости готового покрытия, модифицированные битумы и так далее. Эти варианты регламентирует не ГОСТ, а ТУ.
Количество битума по массе или объему занимает разную долю в разных АБ.
| Вид и тип АБ | Содержание битума, % по массе |
|---|---|
| Горячие | |
| Высокоплотные и плотные | 4,0–6,0 |
| А | 4,5–6,0 |
| Б | 5,0–6,5 |
| В | 6,0–7,0 |
| Г, Д | 6,0–9,0 |
| Пористые | 3,5–5,5 |
| Высокопористые щебеночные | 2,5–4,5 |
| Высокопористые песчаные | 4,0–6,0 |
| Холодные Б | 3,5–5,5 |
| Холодные В | 4,0–6.0 |
| Холодные Г, Д | 4.5–6,5 |
В щебеночно-мастичных асфальтах и литом асфальтобетоне содержание его выше: 5,5–7,5 в первом случае и до 9,5% во втором.
Состав минеральной части асфальтобетона, а также щебень и гравий рассмотрены ниже.
Видео ниже посвящено гранулированному резинобитумному вяжущему веществу для модификации битумов в составе асфальтобетонов:
Каменный наполнитель
Для каменного материала значимым является зерновой состав. Причем именно соотношение зерен разного диаметра, количество пылевых частиц, глины и так далее определяет дальнейшее использование наполнителя.
Наиболее губительными для качества готового покрытия выступают пластинчатые и игольчатые зерна. Содержание подобных регулирует ГОСТ 8267 и ГОСТ 3344:
Зерновой состав гравия и песка регулирует ГОСТ 23735. Происхождение его в немалой степени влияет на твердость и прочность асфальта, а также не износостойкость и морозостойкость.
Этот же материал проходит проверку на соответствие параметров по морозостойкости.
Про роль песка в составе асфальтобетона поговорим ниже.
Песок
Добавляется в любые виды АБ, но в некоторых – песчаный асфальтобетон, он выступает как единственная минеральная часть. Песок применяют как природный – из карьеров, так и получаемый отсевом при дроблении. Требования к материалу диктует ГОСТ 8736.
Подбор состава асфальтобетона
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:
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:
По составу асфальтобетон бывает:
Вязкость битума и максимальная температура кладки определяют такие разновидности смесей:
Однако последний тип, как отдельный вид, не встречается с 1999 года. Виды горячего асфальтобетона по величине остаточной процентной пористости:
В холодных растворах эта величина составляет 6—10%. По максимальной величине частиц используемого минерального компонента асфальтобетонное полотно может быть:
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:
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:
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 гранитный щебень, 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:
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.
Подбор рецепта асфальтобетонной смеси
КАЧЕСТВЕННО
БЫСТРО
SEO оптимизация
адаптивная верстка
Ремонт в регионах
Для того чтобы обеспечить получение доброкачественного асфальтобетона, необходимо установить правильное количественное соотношение составляющих его материалов. Одним из условий, обеспечивающих механическую прочность асфальтобетона, является плотность его каменного остова.
Существует несколько методов подбора или проектирования состава асфальтобетона. В настоящее время чаще всего пользуются методом подбора по кривым плотных смесей.
На основании теоретических расчетов установлено, что плотные минеральные смеси получаются при определенном весовом соотношении частиц, диаметры которых относятся как 2 : 1 (например, фракции 16—8 мм, 8—4 мм, 4—2 мм и т. д.).
На рис. 1. Кривые оптимальных смесей.
При подборе состава определяется прежде всего гранулометрический (зерновой) состав всех составляющих: щебня (или гравия), песка и минерального порошка.
Так как особенно важное значение имеет содержание в смеси наиболее мелкой фракции (размером 0,074 мм), то прежде всего устанавливается соотношение исходных материалов, обеспечивающее нужное количество этой фракции.
Предположим, что требуется подобрать мелкозернистый асфальтобетон из материалов, имеющих следующий гранулометрический состав:
Таблица 1.
| №№ | Наименование материалов | Частные остатки на ситах, % | |||||||
| 5 | 2 | 1 | 0,5 | 0,25 | 0,15 | 0,074 | меньше 0,074 мм | ||
| 1 | Щебень | 60 | 20 | 10 | 5 | 3 | 2 | — | — |
| 2 | Песок | — | 1,5 | 50 | 30 | 15 | 3,5 | — | — |
| 3 | Минеральный порошок | — | — | — | — | — | — | 40 | 60 |
Расчет состава каменных материалов для асфальтобетона состоит в нахождении такого весового соотношения имеющихся каменных материалов, при котором одноразмерные фракции в сумме дают требуемое количество данной фракции в смеси, согласно кривым наиболее плотных составов (график 3, рис. 1).
Назначение необходимого количества материалов производится из следующих соображений.
1) Фракция мельче 0,074 мм содержится только в минеральном порошке. Поэтому мы должны взять такое количество минерального порошка, чтобы данной фракции было около 15%:
15X100/ 60 = 25%.
2) Так же рассчитаем количество щебня. Фракция 5 мм содержится в щебне в количестве 60%. В смеси ее должно быть около 25%. Следовательно, для этого потребуется щебня:
25 х 100/ 60 = 42%.
Далее подсчитывается содержание каждой фракции щебня в этой доле, т. е. в 42%.
Содержание этих фракций определяется делением 42% пропорционально частным остаткам:
42/100 Х 60=25,2%; 42/100 X 20 = 8,4%;
42/100 Х 10 ==4,2%; 42/100 Х 5=2,1 % и т, д.
3) Следовательно, песка потребуется:
Для проверки правильности произведенного подбора суммируем одноразмерные фракции и наносим на график 3 рис. 1.
Если кривая при этом получается плавная и не выходит за пределы кривых плотных смесей, то при полученном соотношении будем иметь наилучшую смесь. Если кривая получается ломаная и отдельные точки ее выходят за пределы кривых, это указывает на недостаток или избыток соответствующей фракции. Изменив соотношение исходных материалов (но так, чтобы количество фракций 0,074 мм не выходило за пределы плотных смесей), можно улучшить состав. Если же отклонение слишком большое, следует добавить другого материала.
При подборе необходимо учитывать, что при применении гравийного материала и щебня мягких пород следует придерживаться верхнего предела кривых. При твердом и хорошо уплотняющемся дробленом каменном материале можно брать меньшее количество фракций размером 0,074 мм. Оптимальное количество битума определяется по величине временного сопротивления сжатию с проверкой процента объемного водонасыщения.
Для этого изготовляют несколько пробных смесей с различным содержанием битума и определяют временное сопротивление сжатию. При недостаточном количестве битума асфальтобетон получается малосвязный, с низким сопротивлением сжатию вследствие слабого сцепления частиц.
С увеличением количества битума сопротивление сжатию возрастает до известного предела. При избытке битума асфальтобетон становится излишне пластичным и сопротивление сжатию снова уменьшается. За оптимальное количество битума принимается то, при котором получается наибольшее сопротивление сжатию.
Расчет асфальтобетонной смеси
Правильное дозирование материалов имеет большое значение для получения доброкачественного асфальтобетона. Дозирование может производиться по весу (у смесителей типа Д-152 и Д-225) и по объему (у смесителя типа Г-1).
Во втором случае должны быть определены объемные веса всех материалов, входящих в состав асфальтобетона. Зная объемный вес материалов, легко перейти к нужным соотношениям, отвечающим запроектированным в процентах по весу Приведем пример: запроектирован следующий состав асфальтобетонной смеси для приготовления в смесителе Г-1: 50% щебня, 30% песка, 20% минерального порошка, 7% битума.
Полная загрузка смесителя 3 т.
При подборе состава количество каменных материалов принимается за 100%, а битум берется сверх 100%. Следовательно, в 3 т смеси битума должно быть:
3000 X7 / 100 +7 = 196,2 кг.
Общее количество каменных материалов 3000 — 196 = 2804 кг.
Запроектированное количество щебня
50 X 2804/ 100 = 1402 кг.
Объем щебня будет равняться 1402/ объемный вес
Так же производится расчет и остальных материалов.
При весовой дозировке необходимо учитывать влажность материала.
Расчет производится следующим образом: предположим, что влажность песка 5%.
Весовое количество сухого песка подсчитывается так же, как и в приведенном выше примере, т. е.
25 X 2804 /100 = 701 кг.
Так как во влажном песке содержится 95% сухого песка и 5% воды, т. е 701 х 5/ 95 = 37,9, или, округляя, 38 кг.
Следовательно, влажного песка нужно взять 701 кг+38 кг=739 кг.
При объемном способе получается менее точная дозировка, поэтому предпочтение следует отдавать весовому способу.
Асфальтовое вяжущее вещество и мастика
Асфальтовая мастика представляет собой твердое вещество темно-бурого или черного цвета
Асфальтовый порошок
Асфальтовый порошок получается в результате тонкого помола асфальтовых известняков или доломитов, содержащих обычно от 4 до 8% твердого тугоплавкого битума. Из-за низкого содержания битума порошок без добавки битума в строительствe не применяется; его смешивают с битумом на заводе или на стройке и получают асфальтовое вяжущее вещество.
Асфальтовая мастика
Асфальтовая мастика представляет собой (при нормальной температуре) твердое вещество темно-бурого или черного цвета. Она выпускается заводами в виде квадратных плит толщиной 10-12 см и весом 32 кг. Изготовляют ее, смешивая в определенном соотношении молотую асфальтовую породу с расплавленным нефтяным битумом. Однородную расплавленную смесь разливают в формы, где она и застывает.
Мастика должна удовлетворять следующим требованиям:
Альтовая мастика называется также асфальтовым вяжущим веществом и применяется для изготовления литых асфальтовых растворов.
Состав асфальтобетонной смеси: компоненты, проектирование
Асфальтобетон — строительный материал, формируемый путем укладки и уплотнения готовой асфальтобетонной смеси. Состав асфальтобетонной смеси — это рационально подобранная группа компонентов, состоящая из щебня различной крупности, дробленого или природного кварцевого песка, дорожного битума, специального минерального порошка, и перемешанная в нагретом состоянии в определенных пропорциях.
Свойства и виды асфальтобетона
Основным вяжущим компонентом асфальтобетонных смесей является битум. Его характеристики оказывают существенное влияние на качество материала.
Чрезмерная вязкость продукта, при низких температурах, может привести к образованию трещин, а недостаточная вязкость, в жаркую погоду, будет способствовать пластическим деформациям покрытия. Подбор состава асфальтобетонной смеси начинается с определения эксплуатационных свойств покрытия и характеристик используемых материалов.
Свойства
В зависимости от типа вяжущих, и условий эксплуатации, дорожные бетоны подразделяются на следующие виды:
По виду заполнителей смеси бывают:
Учитывая температуру укладки и вязкость вяжущих, разделяются на:
В зависимости от величины зерен заполнителей различают:
По суммарному объему содержания щебня делятся на следующие категории:
Помимо этих видов, существуют еще высокоплотные горячие асфальтобетонные смеси — это растворы с содержанием щебня или гравия более 50%.
Для асфальтобетонов предусмотрены следующие марки (см. таблицу).
Для технологически верного проектирования структуры асфальтобетонной смеси нужно досконально знать состав асфальтобетона. Кроме того, рецепт асфальтобетонной смеси зависит от экономической составляющей (это цена материалов), а на основании этого — целесообразность использования той или иной марки бетона для конкретного покрытия и для конкретных условий эксплуатации.
Материалы
Проектирование состава асфальтобетона проводят с учетом нормативных требований и физико-химических характеристик следующих материалов:
Гравий или щебень
Для повышения долговечности асфальтобетонных покрытий, снижения ползучести важно, чтобы вяжущее имело прочное сцепление с зернами заполнителя. Для асфальтобетонных дорожных смесей, в качестве крупных заполнителей, используют щебень, полученный путем измельчения горных пород, крупного гравия или плотных металлургических шлаков.
Наиболее распространенный щебень метаморфических основных и горных карбонатных пород (доломиты, известняки), так как кислые виды плохо схватываются с битумом. Предпочтительней щебень в форме куба и с минимальным содержанием, по массе, зерен лещадной (плоской) фактуры.
По маркам, количество пластинчатых зерен не должно быть больше:
Также строго ограничивается количество глинистых и пылеватых включений. Их объем в заполнителях не должен превышать 1–2%.
Увеличение объема щебня снижает ползучесть и повышает трещиностойкость покрытий.
С учетом конструктивных особенностей проектируемых покрытий, щебень изготавливается с размерами зерен равными 10–40 мм. Причем, величина зерен для нижних слоев не должна превышать значения коэффициента 0,75 (оптимальная толщина слоя в плотном состоянии), а в верхних — соответственно 0,6.
Оценку пригодности и качества заданного вида крупного заполнителя определяют испытаниями, учитывая при этом, категорию дороги и конструкцию дорожной одежды.
Песок
Для приготовления асфальтобетона применяют природные пески или отсев дробления щебня.
Желательно использовать песок разной зернистости, так как одноразмерные фракции увеличивают пористость асфальтового покрытия. Речной песок использовать не рекомендуется.
Подсказки: отсев дробления щебня способствует повышению внутреннего трения за счет большого содержания в структуре частиц остроугольной формы.
По величине зерен (модуль крупности) различают следующие виды песков:
Марка по прочности мелких заполнителей не должна быть ниже 1000, а объем глинистых частиц, определяемых способом набухания — Объем глинистых и пылеватых включений ограничен:
Использование износостойкого высокопрочного щебня и дробленого природного песка обеспечивает требуемую шероховатость асфальтового покрытия.
Минеральный структурирующий порошок
Минеральный порошок выполняет роль лигатуры, структурирующей битум и создающей вместе с ним асфальтобетонное вяжущее, которое существенно влияет на плотность, теплоустойчивость и прочность асфальтобетона. Тонкомолотый минеральный порошок производят методом дробления и помола доломитов, известняков, доменных шлаков и др.
Важными характеристиками данной добавки являются коэффициент гидрофильности и уровень измельчения. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при влажном рассеве минеральный порошок свободно проходил через специальное сито с величиной отверстий 1,25 мм. Значение коэффициента гидрофильности не должно быть более единицы.
При должной технико-экономической аргументации допускается использование вместо минеральной смеси пыль из пылеуловителей смесительных установок.
Подсказки: содержание в минеральной пудре мелких глинистых включений усиливает набухание асфальтового бетона при увлажнении, увеличивает расход битума и усложняет приготовление и укладку смесей.
Качество и количество порошка, при одной и той же марке битума, существенно влияет на структуру вяжущего. Избыточное количество минерального порошка приводит к снижению прочности покрытия, особенно при отрицательных температурах.
Для более глубокого ознакомления с видами различных заполнителей рекомендован просмотр видео в этой статье.
Дорожный битум
Битум представляет собой продукт переработки нефти и совместно с порошком выполняет функции вяжущего. Он склеивает в единую композицию зерна песка и щебня. Кроме того, заполняя собой промежутки между частицами заполнителя, придает асфальтобетону необходимую прочность и водостойкость.
В целях максимального снижения сезонных разрушений дорожного покрытия заводы, выпускающие асфальтобетонные смеси, в разных климатических условиях применяют различные виды материалов, отличающиеся:
По своему аморфному состоянию, битум может быть двух видов — жидкий и вязкий.
Значение вязкости указывает на физико-механические качества битума и зависит от состава компонентов и температуры. При увеличении температуры этот показатель снижается, а с понижением возрастает. При отрицательной температуре воздуха битум застывает и становится хрупким.
Вязкие дорожные битумы могут быть следующих марок: БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60. Данные марки вяжущего отличаются прочным сцеплением с заполнителями и имеют высокую пластичность.
Вязкий продукт применяется для приготовления горячих, холодных и теплых асфальтобетонных смесей, а также используется в качестве основного сырья для получения жидких битумов, используя при этом различные виды растворителей.
Зимой наиболее востребован жидкий битум. В его состав входят специальные присадки и разжижители, которые в момент твердения асфальтобетона испаряются, превращая битум в обычное вязкое состояние.
Основные принципы проектирования структуры дорожного покрытия
Проектирование состава асфальтобетонной смеси заключается в расчете оптимального соотношения компонентов, в результате которого показатели основных характеристик асфальтобетона заданного вида и соответствующей марки будут отвечать техническим нормам и требованиям ГОСТ 9128-13.
Разработаны и используются различные методы проектирования составов асфальтобетона.
В современном строительстве наиболее распространен способ построения предельных кривых зерновой структуры минеральной части дорожных бетонов (см. фото), в основу которого заложена следующая инструкция:
Процесс проектирования состава состоит из следующих этапов:
Необходимым условием проектирования состава является обоснованное и точное техническое задание.
Для составления ТЗ необходимо иметь следующие строительные, проектные и эксплуатационные данные, это:
Производство и укладка асфальтового бетона
Приготовление асфальтобетона начинают с заводского производства асфальтовой смеси и завершают ее укладкой и уплотнением в дорожное покрытие на строительном объекте.
Рассмотрев вышеописанную технологию, можно сделать вывод, что производить асфальтобетон в домашних условиях своими руками просто нецелесообразно, учитывая трудоемкость, связанную с разогревом и смешиванием необходимых компонентов.
Индивидуальные застройщики для обустройства придомовой территории обычно применяют холодные смеси заводского приготовления. Данный состав асфальтобетона позволяет вести укладку даже при отрицательных температурах.